تب و تاب ساخت و توسعهی ماشینهای سازگار با محیطزیست، آن هم با توجّه به بحران گرمایش زمین روز بهروز بیشتر میشود. از همینرو، اگر میخواهید درباره کارکرد خودروهای هیدروژنسوز بدانید این مطلب برای شماست.
تغییرات اقلیمی باعث شده بشر تا حدّی به خود آمده و دربارهی فناوریهای جایگزین سوختهای دیگر کربنی نظریهپردازی کند. خودروهای هیدروژنسوز یکی از همان دست توسعههای فناورانه بوده که هنوز نتوانسته در جوامع نقش یک جایگزین را بازی کند، اما به عنوان یکی از بهترین جایگزینها همیشه در فهرست کارخانههای اتومبیلسازی بوده است. شاید پرسشهایی از این دست که خودرو هیدروژنی چگونه کار میکند آیا ایمن هستند و ساز و کار خودروهای هیدروژنسوز چیست بتوانند موضوع را روشنتر کنند و ببینیم خودروهای هیدروژنسوز جایگزین خوبی هستند یا نه.
خودروی هیدروژنی چیست؟
برای اینکه بفهمیم خودرو هیدروژنی چگونه کار میکند شاید در وهله نخست بهتر باشد به تمایزاتش بپردازیم. در واقع، تفاوت عمده خودروهای الکتریکی با خودروهای سوخت هیدروژن (به اختصار HFCV) که از موتورهای الکتریکی برای چرخاندن چرخها استفاده میکند، در تأمین انرژی و انتقال آن است.
به بیانی، برعکس خودروهای الکتریکی که انرژی را توسط یک باتری بزرگ و سنگین به چرخها انتقال میدهند، ساز و کار خودروهای هیدروژنی توسط یک پشته پیل سوختی است که در آن هیدروژن خالص (H2) از یک غشاء عبور میکند تا با اکسیژن (O2) هوا ترکیب شود و الکتریسیتهای را تولید کند که چرخها را به همراه بخار آب بچرخاند. این بدان معناست که خودروهای پیل سوختی از نظر فنی هیبریدی هستند، به همین دلیل نیز آنها گاهی اوقات به عنوان خودروهای الکتریکی هیبریدی سلول سوختی (FCHEV) طبقهبندی میشوند.
اما در واقع امر، هیدروژن برای دانشمندان سوخت نیست و حامل انرژی است. با این حال، این تمایزهای فنی را فراموش کنید، چرا که رانندگان HFCV مخازن پرفشار فیبر کربنی وسایل نقلیه خود را در «ایستگاههای سوخت هیدروژن» دوباره، در حدود ۳ تا 5 دقیقه پر میکنند که از نظر مفهومی بسیار شبیه به پمپ بنزین قدیمی است. در وهله بعد خواهید فهمید که خودرو هیدروژنسوز با چه ساز و کاری عمل میکند.
خودرو هیدروژنی چگونه کار میکند
احتمالاً شنیدهاید که هیدروژن رایجترین عنصر در کیهان است؛ در سطح اتمی، بله- اما هیدروژن هرگز در حالت خالص خود یافت نمیشود. همیشه با عناصر دیگر ترکیب شده و تمایل شدیدی به اتصال به هر چیزی که فکرش را بکنید دارد که همین امر، آن را به یک حامل انرژی خوب تبدیل ساخته است. بنابراین باید برای خودروهای سوخت هیدروژن فکر دیگری میکردیم…
ایجاد هیدروژن خالص برای خودروی هیدروژنی مستلزم استفاده از انرژی زیادی برای «شکستن» ترکیبی مانند گاز طبیعی (CH4) به H2 خالص به همراه CO2 به عنوان یک محصول جانبی است. (اکنون بیشتر هیدروژن از سوختهای فسیلی مانند گاز طبیعی مشتق میشود.) هیدروژن با عبور از یک سلول سوختی، آن انرژی وارده را به محض ترکیب شدن با اکسیژن به شکل الکتریسیته پس میدهد که در نهایت از لوله اگزوز خودرو هیدروژنسوز فقط بخار آب (H2O) خارج میشود.
ویژگیهای سوخت هیدروژن
ویژگیهایی هیدروژن در خودروهای سوخت هیدروژن به شرح زیر است:
- انتشار بسیار ناچیز آلایندهها، برگشتپذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانهای؛
- انرژیِ هیدروژنی به دلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دائمی، پایدار، فناناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر محسوب میشود؛
- موتورهای الکتریکی و پیلهای سوختی جایگزین بسیار مناسبی برای موتورهای احتراقی برای کنترل آلودگی و حفظ محیط زیست خواهند بود.
- اقتصادیترین سوخت در دراز مدت با پتانسیل بالا به منظور استفاده در خودروهای پیل سوختی.
اجزای اصلی خودروهای هیدروژنسوز
اگر بخواهیم درک بهتری از خودرو با سوخت هیدروژن داشته باشیم شاید بیرون کشیدن جزئیات از دل قطعات کمک حال باشد.
در یک وسیله نقلیه الکتریکی، نظیر خودروهای سنتی، باتری کمکی ولتاژ پایین، پیش از درگیر شدن باتری کششی، برق لازم برای راهاندازی خودرو و لوازم جانبی آن را فراهم میکند.
- بستهیِ باتری:
این باتری ولتاژ بالا انرژی تولید شده از ترمز را ذخیره کرده و نیروی اضافی برای موتور کشش الکتریکی فراهم میکند.
این دستگاه برق DC ولتاژ بالاتر را از بسته باتری کششی به برق DC با ولتاژ پایین مورد نیاز برای راه اندازی لوازم جانبی خودرو و شارژ مجدد باتری کمکی تبدیل میکند.
- موتور کششی الکتریکی (FCEV):
این موتور با استفاده از انرژی پیل سوختی و بسته باتری کششی، چرخهای خودرو را به حرکت در میآورد. برخی از وسایل نقلیه از ژنراتورهای موتور استفاده می کنند که هم نقش محرک دارند و هم عملیات بازیابی را انجام میدهند.
- پشته پیل سوختی:
مجموعهای از الکترودهای غشایی مجزا که از هیدروژن و اکسیژن برای تولید برق استفاده میکنند.
یک نازل از یک توزیع کننده سوخت به مخزن خودرو متصل میشود تا باک را پر کند.
- مخزن سوخت (هیدروژن):
گاز هیدروژن را روی خودرو ذخیره میکند تا زمانی که پیل سوختی به آن نیاز داشته باشد.
- کنترل کننده الکترونیک قدرت (FCEV):
این واحد جریان انرژی الکتریکی تغییر یافته توسط پیل سوختی و باتری کششی را مدیریت میکند و سرعت موتور کشش الکتریکی و گشتاور تولیدی آن را تحت نظر میگیرد.
- سامانه حرارتی (خنک کننده) – (FCEV):
این سامانه محدوده دمای عملیاتی مناسبی از پیل سوختی، موتور الکتریکی، الکترونیک قدرت و سایر اجزا را حفظ میکند.
گیربکس نیروی مکانیکی را از موتور کشش الکتریکی برای به حرکت درآوردن چرخ های خودرو هیدروژنسوز منتقل میکند.
آیا خودروی هیدروژنی ایمن است؟
ایمنی خودروهای هیدروژنسوز مانند خودروهای سنتی است و حتی بهتر. از آنجایی که مخزن پرفشار خودرو با سوخت هیدروژن به گونهای طراحی شده است که حتی از تصادفات با بالاترین سرعت هم بدون نشتی یا شکستگی جان سالم به در ببرد، نگرانی خاصی وجود ندارد. علیرغم آنکه شکاکان هیدروژنی معمولاً به انفجار هیندنبورگ در سال 1937 اشاره می کنند، اما بهطور معمول مخازن هیدروژن و سخت افزار خودروهای هیدروژنی احتمالاً جان سالم به در میبرند حتی اگر بقیه خودرو هیدروژنسوز در تصادف از بین برود. تا به امروز هیچ جراحت یا مرگ خاصی بابت پیل سوختی هیدروژنی ثبت نشده است.
مزایا و معایب وسایل نقلیه سلول سوختی هیدروژنی
- رانندگی راحت
- گشتاور فوری و قدرت صاف و ثابت
- با تکنولوژی بالا
- تعمیر و نگهداری کم
- انتشار کربن صفر
- سوخت گیری سریع (3-5 دقیقه)
- پوشش مسیر با گستره بالا
با این حال، چند عیب در خودروهای سوخت هیدروژن وجود دارد که چالش برانگیزترین آن، دسترسی به سوخت هیدروژنی است. علیرغم آنکه یک دهه پیش برنامهریزی شده بود که کالیفرنیا 100 ایستگاه هیدروژن داشته باشد، در واقع این تعداد هنوز حدود 60 ایستگاه باقی مانده است.
مشکل بیشتر این است که همه آن جایگاه ها عملیاتی و همیشه برای سوخت رسانی در دسترس نیستند. اما بسیاری از رانندگان خودروهای هیدروژنسور برای ترسیم توقف سوخترسانی خود قبل از خروج از آن، به آن اپلیکیشن تکیه میکنند.
آیا آینده از آن خودروهای هیدروژنسوز خواهد بود؟
همانطور که انقلاب الکتریکی نقشهیِ وسایل نقلیه را با سرعت بیشتر ترسیم میکند، شاید گمان کنید که خودروهای الکتریکی (BEVs) برنده ماجرا شدهاند – و سایر اشکال جایگزین سوختی مانند خودروهای الکتریکی با پیل هیدروژنی (HFCEV یا HFCEVs). FCEV ها) بازی را باختهاند. اما در واقع، این بحث زیاد هم صفر و یکی نیست. زندگی به ندرت سیاه و سفید است و آینده سوخت خودروها هنوز مشخص نشده است.
برخی از خودروسازان هنوز بر این باورند که خودروهای پیل سوختی هیدروژنی میتوانند جایگاهی را در آینده جدید و گستردهیِ خودروها تضمین کنند. اما سوختهای زیستی مصنوعی نیز میتوانند احتراق بنزین و گازوئیل را زنده نگه دارند، آنهم حین آنکه فناوریهای هیبریدی و سایر پیشرانهها در نظر باقی میمانند، زیرا مهندسان در تلاش برای ایجاد تعادل بین کربنزدایی و نیاز مصرفکننده، فناوریهای متعددی را بررسی میکنند. شاید این خبر خوبی باشد که ما فاصله معناداری با خودروی هیدروژنی بهینه و کارآمد نداشته باشیم.
جمعبندی
در این نوشتار کوشیدیم درباره کارکرد خودرو هیدروژنسوز و مزایا و معایب آن چند کلامی شرح دهیم تا تصویر بهتری در ذهن شکل بگیرد. مطمئناً در آیندهای نه چندان دور خودروهای الکتریکی و هیبریدی جایگزین خوبی برای خودروهای بنزینی خواهند شد. به هر روی، با توجه به شرایط اقلیمی کرهی زمینی اگر چنین نکنیم، بقای گونهمان به خطر خواهد افتاد. باید دید و منتظر ماند که فناوری وصنعت چه چیزی در چنته خواهد داشت تا نجاتمان دهند!
نظرات کاربران