خودرو هیدروژنی
خودرو هیدروژنی
نویسنده: boogh بوق
hydrogen car
خودرو هیدروژنی (انگلیسی: Hydrogen vehicle) به وسایل نقلیه ای اطلاق می‌شود که از هیدروژن به عنوان سوخت مصرفی برای تولید نیروی محرکه موتور استفاده می‌کند. موتورهای هیدروژنی در وسایل پرتاب راکت‌های فضایی، خودروها و سایر وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرند. موتور خودروهایی هیدروژنی انرژی شیمیایی هیدروژن را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده یا با سوزاندن هیدروژن در یک موتور درون‌سوز این نیرو را تأمین می‌نمایند. گونه ای دیگر از موتورهای هیدروژنی نیز از طریق واکنش هیدروژن با اکسیژن در یک سلول سوخت، نیروی مورد نیاز موتورهای الکتریکی را تأمین می‌کند. استفاده گسترده از هیدروژن برای سوخت رسانی در حمل و نقل، بعنوان یکی از عناصر کلیدی در اقتصاد هیدروژن بشمار می‌آید.
عده ای معتقدند گاز هیدروژن سوخت پاکِ آینده خواهد بود. محققان طرحی در اروپا می خواهند با تبدیل هیدروژن به سوخت اصلی خودروها اولین شبکه سراسری سوخت رسانی هیدروژن را برای رانندگانِ خودروهای پیل سوختی در اروپا به راه بیندازند. در حال حاضر دانمارک اولین کشور دنیاست که در آن شبکه ملی سوخت رسانی برای هیدروژن وجود دارد.
یکی از راههای کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن استفاده از هیدروژن به جای بنزین و دیزل است. محققان طرح اروپایی تبدیل هیدروژن به سوخت اصلی خودروها در دانمارک به دنبال راهی برای پیشبرد این فناوری هستند. در اروپا در حال حاضر تنها چند صد وسیله نقلیه با سوخت گاز هیدروژن وجود دارد.
دانمارک اولین کشور دنیاست که در آن شبکه ملی سوخت رسانی برای هیدروژن وجود دارد. حدود ۱۰ جایگاه سوخت رسانی هیدروژنی در نقاط استراتژیک کشور راه اندازی شده است.
سوخت گیری در عرض کمتر از پنج دقیقه
تی آیس لائوستن ینسن، مدیرعامل «دانمارک هیدروژن»، شبکه ملی سوخت رسانی هیدروژن در دانمارک درباره خودورهای هیدروژنی می گوید: «در خودرو به جای باتری یک پیل سوختی هیدروژنی قرار دارد که در آن در اثر واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب و الکتریسیته تولید می شود. در واقع یک واکنش شیمیایی رخ می دهد و تنها گازی که از اگزوز ماشین بیرون می آید بخار آب است.»
هدف «طرح اروپایی تبدیل هیدروژن به سوخت اصلی خودروها» این است که طی دو سال حدود۵۰ جایگاه سوخت رسانی هیدروژنی در سرتاسر اروپا ساخته و تعداد خودروهای برقی هم که با هیدروژن کار می کنند دو برابر شود. اما مزیتهای خوردوی هیدروژنی نسبت خودروهای برقی که با باتری کار می کنند چیست؟
تی آیس لائوستن ینسن درباره مزایای این خودور می گوید: «این خودروها خیلی نرم حرکت می کنند و موتور آن سروصدا نمی کند. یکی از مزایای این خودرو این است که می توانید از همان الگوهای موتورهای احتراقی استفاده کنید، یعنی می توانید به ایستگاه سوخت رسانی بروید و پیل سوختیِ خوردو را سه الی پنج دقیقه با گاز هیدروژن شارژ کنید و با آن بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ کیلومتر رانندگی کنید.»
تولید هیدروژن پاک
پس از خودروهای هیبریدی و الکتریکی، پیشگامان خودروسازی جهان درصدد عرضه‌ی تجاری اتومبیل‌های مبتنی بر سوخت هیدروژنی هستند. تویوتا و هوندا اولین محصولات هیدروژنی خود را امسال و سال آتی روانه‌ی بازار خواهند کرد و انتظار می‌رود باقی خودروسازان نیز به جمع آن‌ها بپیوندند. در ادامه به بررسی ساختار و جزئیات مرتبط با این خودروها خواهیم پرداخت.
براساس اعلام تویوتا، بزرگ‌ترین خودروساز حال حاضر جهان برای عرضه‌ی تجاری اولین خودروی هیدروژنی خود بصورت تجاری در سال ۲۰۱۵میلادی برنامه‌ریزی کرده است. میرای با قیمت ۵۷٫۵۰۰ دلار در اختیار خریداران قرار خواهد گرفت. همچنین هوندا، به‌عنوان دیگر خودروساز شناخته شده‌ی ژاپن، برای عرضه‌ی خودروی هیدروژنی خود در سال ۲۰۱۶میلادی برنامه‌ریزی کرده است. اما چرا خودروسازان با وجود انواع خودروهای هیبریدی و الکتریکی در پی تولید خودروهای هیدروژنی هستند؟ برای استفاده از خودروهای الکتریکی چون تسلا، باید کاربران ساعت‌ها وقت صرف شارژ شدن کامل خودروی خود کنند، در حالی که سوخت‌گیری خودروهای هیدروژنی کمتر از پنج دقیقه طول می‌کشد. تنها راهکاری که امکان تامین انرژی‌های خودروهای الکتریکی را در کوتاه‌ترین زمان ممکن میسر می‌کند، تعویض باتری‌ها است که با توجه به قیمت بالای این باتری‌ها، چندان عاقلانه نیست. شاید از خود بپرسید که چرا با وجود این امکانات هنوز خودروهای هیدروژنی بصورت تجاری و گسترده در خیابان‌ها قابل مشاهده نیستند؟ عوامل متعددی در این باره دخیل است که می‌توان از جمله‌ی آن به بهره‌وری، آلودگی هوا، سیاست و انرژی اشاره کرد.
خودروی هیدروژنی چیست؟
خودروهای پیل سوختی به اتومبیل‌هایی اطلاق می‌شود که باتری مورد استفاده در آن‌ها هیدروژن/اکسیژن است. برخلاف باتری‌های معمول مورد استفاده، باتری‌های هیدروژنی ساختار بسته‌‌ی مملو از مواد شیمیایی ندارند، بلکه می‌توان آن‌ها را با گاز هیدروژن شارژ کرد. شماری از باتری‌ها علاوه بر هیدروژن توانایی کار با گازهای دیگر، نظیر متان و بنزین را دارند، اما این موارد در کاربردهای محدود صنعتی چون نیروگاه‌ها یا لیفتراک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
همچون باتری‌های معمول مورد استفاده، باتری‌های سوختی نیز از وجود آند، کاتد و الکترولیت بهره می‌برند. اغلب خودروهای هیدروژنی تولید شده همچون تویوتا میرای و هوندا اف‌سی‌ایکس کلاریتی، از باتری‌های سوختی با الکترولیت پلیمری بهره می‌برند. این نوع باتری‌ها که اصطلاحا Polymer Exchange Membrance Fuel Cell یا به اختصار PEMFCنام گرفته‌اند، برای استفاده در انواع وسایل نقلیه توسعه یافته‌اند. در این پیلهای سوختی، هیدروژن با فشار از درون کاتالیزور پلاتینیوم عبور می‌کند که با عبور از این مرحله دو یون و دو الکترون به دست می‌آید. الکترون‌های حاصل در فرآیند نیرو بخشیدن به موتور الکتریکی خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند و یون‌های حاصل نیز با اکسیژن ترکیب شده و در نتیجه بخار آب از اگزوز خودرو خارج می‌شود. پیلهای سوختی PEMFC به اندازه‌ای در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا انرژی مورد نیاز برای تامین نیروی الکتریکی مورد نیاز خودرو تامین شود.
در حال حاضر کدامیک از خودروسازان مطرح جهان در اتومبیل‌های هیدروژنی تولید کرده‌اند؟ هیوندای نمونه‌ای از توسان را در تابستان سال جاری میلادی بصورت لیزینگ و با یک قرارداد سه ساله با پرداخت ۴۹۹ دلار در ماه روانه‌ی بازار کرده است. غول خودروسازی کره‌ی جنوبی برای فروش ۶۰ هیوندای توسان هیدروژنی در جنوب کالیفرنیا برنامه‌ریزی کرده است. تویوتا برای فروش میرای به قیمت ۵۷٫۵۰۰ دلار در سال ۲۰۱۶ برنامه‌ریزی کرده است. هوندا هم وعده‌ی عرضه‌ی خودروی هیدروژنی خود را در سال ۲۰۱۶ میلادی داده است. باواریایی‌ها اعلام کرده‌اند که در آینده‌ی نزدیک نسخه‌ی بی‌ام‌دبلیو هیدوژنی را معرفی خواهند کرد. این خودروساز آلمانی با تویوتا برای اشتراک‌گذاری فناوری‌های مورد استفاده به توافق رسیده است. سایر خودروسازان مطرح دنیا چون جنرال‌موتورز در حال آزمایش خودروهای هیدروژنی هستند.
هیدروژن مورد نیاز در کجا تولید خواهد شد؟
در صورتی که هدف از تولید خودروهای هیدروژنی ایجاد یک چرخه‌ی سبز و بدون تولید آلودگی است، هیدروژن مورد نیاز نیز باید از راه‌هایی تولید شود که آلودگی را به محیط زیست تحمیل نکند. اما تولید هیدروژن فرآیند بسیار سختی دارد. بهترین راه برای به دست آوردن گاز هیدروژن استفاده از الکترولیز برای جدا کردن هیدروژن و اکسیژن در آب است. این روش اصلا بهینه نیست و هزینه‌ی مورد نیاز برای تولید هر کیلوگرم هیدروژن در بهینه‌ترین حالت ۲.۵ دلار است.
تغییر ساختار گاز طبیعی راهکار دیگری است که می‌توان برای تولید هیدروژن از آن استفاده کرد، اما نکته‌ی منفی این روش تولید آلودگی است. در این روش دمای بخار آب در حدود ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش می‌یابد و در این مرحله بخار با گاز متان مخلوط می‌شود که نتیجه‌ی آن تولید مونوکسید کربن و هیدروژن در کنار مقدار کمی دی‌اکسید کربن است. در حال حاضر بیش از ۹۵ درصد از هیدروژن تولید شده در آمریکا به این روش به دست می‌آید.
سوخت هیدروژنی چیست؟
سوخت هیدروژنی سوختی پاک است که وقتی جایگزین سوخت های فسیلی می شود آلودگی هایی که از سوخت های فسیلی تولید می شود را ندارد و فقط آب تولید می کند. پیش بینی می شود که هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک در قرن ۲۱، برای انتقال انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
هیدورژن نیز به عنوان یکی از منابع تامین انرژی و سوخت در خودروهای امروزی می باشد.
خودروهای هیدروژنی به دو روش ساخته می شوند.
روش اول : سوخت هیدروژنی مستقیما به عنوان یک سوخت در موتور احتراق داخلی مورد استفاده قرار می گیرد.
روش دوم : هیدروژن در ابتدا توسط یک پیل سوختی به انرژی الکتریکی تبدیل شده و به سپس انرژی الکتریکیبا یک موتور الکتریکی به نیروی حرکتی ماشین تبدیل می شود. که البته این روش خیلی بهتر از روش اول هست.
یکی از مشکلات خودروهای هیدورژنی ذخیره سازی هیدروژن لازم برای خودرو می باشد برای اینکه چگالی انرژی در خودروهای هیدروژنی افزایش یا آن گاز را فشرده می کنند و یا اینکه تبدیل به مایع می کنند. البته تحقیقاتی هم در حال انجام هست که تا خودروهای هیدروژنی به صورت سوخت جامد نیز تولید شود.
ما در خودروهای با مصرف گاز CNG نیز از فشرده سازی استفاده می کنیم اما در خودروهای هیدورژنی برای تامین چگالی انرژی لازم می بایستی عمل فشرده سازی بیشتری نسبت به CNG انجام شود که این امر باعث می شود وزن مخزن های هیدوژن افزایش یابد. البته هم اکنون از تکنولوژی مخزن های کامیوزیت کربن فشار بالا استفاده می کنند.
فرق دوم در میزان نفوذ هیدروژن در فشارهای بالا می باشد. مولکول های هیدروژن در مقایسه با مولکول های هیدروکربنها بسیار کوچکتر می باشند و مسئله آب بندی تجهیزات در فشار بسیار بالا چالش دیگری در ساخت این خودروها می باشد. از دیگر مشکلات مربوط به خودروهای هیدروژنی منابع تأمین و توزیع هیدروژن در سطح کشورها می باشد.
خودروهای گازسوز به دلیل وجود زیرساخت های گازرسانی در کشور با مشکلات کمتری روبرو هستند ولی زیرساختی برای توزیع هیدروژن در هیچ جای دنیا وجود ندارد. فارغ از مسئله ذخیره سازی هیدروژن مسئله قیمت پیلهای سوختی نیز چالش دیگری روبروی خودروهای هیدروژنی می باشد.
https://www.google.ae/url?q=http://boogh.ir