مجله تخصصی خودرو اخبار خودرو , قیمت خودرو , خرید و فروش خودرو , قیمت ماشین , قیمت اتومبیل
بررسی کامل خودروی هیدروژنی + نحوه عملکرد آن
پس از خودروهای هیبریدی و الکتریکی ، پیشگامان خودروسازی جهان درصدد عرضه ی تجاری اتومبیل های مبتنی بر سوخت هیدروژنی هستند . تویوتا و هوندا اولین محصولات خودروی هیدروژنی خود را امسال و سال آتی روانه ی بازار خواهند کرد و انتظار می رود باقی خودروسازان نیز به جمع آن ها بپیوندند.
براساس اعلام تویوتا ، بزرگ ترین خودروساز حال حاضر جهان برای عرضه ی تجاری اولین خودروی هیدروژنی خود به صورت تجاری در سال 2015 میلادی برنامه ریزی کرده است . میرای با قیمت 57500 دلار در اختیار خریداران قرار خواهد گرفت . همچنین هوندا ، به عنوان دیگر خودروساز شناخته شده ی ژاپن ، برای عرضه ی خودروی هیدروژنی خود در سال 2016 میلادی برنامه ریزی 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 ساعت ها وقت صرف شارژ شدن کامل خودروی خود کنند ، در حالی که سوخت گیری خودروهای هیدروژنی کمتر از پنج دقیقه طول می کشد . تنها راهکاری که امکان تامین انرژی های خودروهای الکتریکی را در کوتاه ترین زمان ممکن میسر می کند ، تعویض باتری ها 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 خیابان ها قابل مشاهده نیستند ؟ عوامل متعددی در این باره دخیل است که می توان از جمله ی آن به بهره وری ، آلودگی هوا ، سیاست و انرژی اشاره کرد .
خودروی هیدروژنی چیست ؟
خودروهای پیل سوختی به اتومبیل هایی اطلاق می شود که باتری مورد استفاده در آن‌ها هیدروژن / اکسیژن است . برخلاف باتری های معمول مورد استفاده ، باتری های هیدروژنی ساختار بسته ی مملو از مواد شیمیایی ندارند ، بلکه می توان آن ها را با گاز هیدروژن شارژ کرد . شماری از باتری ها علاوه بر هیدروژن توانایی کار با گازهای دیگر ، نظیر متان و بنزین را دارند ، اما این موارد در کاربرد های محدود صنعتی چون نیروگاه‌ها یا لیفتراک ها مورد استفاده قرار می گیرند .
همچون باتری های معمول مورد استفاده ، باتری های سوختی نیز از وجود آند ، کاتد و الکترولیت بهره می برند . اغلب خودرو های هیدروژنی تولید شده همچون تویوتا میرای و هوندا اف سی ایکس کلاریتی ، از باتری های سوختی با الکترولیت پلیمری بهره می برند . این نوع باتری‌ها که اصطلاحا Polymer Exchange Membrance Fuel Cell یا به اختصار PEMFC نام گرفته اند ، برای استفاده در انواع وسایل نقلیه توسعه یافته اند .
در این پیل های سوختی ، هیدروژن با فشار از درون کاتالیزور پلاتینیوم عبور می کند که با عبور از این مرحله دو یون و دو الکترون به دست می آید . الکترون های حاصل در فرآیند نیرو بخشیدن به موتور الکتریکی خودرو مورد استفاده قرار می گیرند و یون های حاصل نیز با اکسیژن ترکیب شده و در نتیجه بخار آب از اگزوز خودرو خارج می شود . پیل های سوختی PEMFC به اندازه ای در کنار یکدیگر قرار می گیرند تا انرژی مورد نیاز برای تامین نیروی الکتریکی مورد نیاز خودرو تامین شود .
هیدروژن مورد نیاز در کجا تولید خواهد شد ؟
در صورتی که هدف از تولید خودروهای هیدروژنی ایجاد یک چرخه ی 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 هزینه ی مورد نیاز برای تولید هر کیلوگرم هیدروژن در بهینه ترین حالت 2.5 دلار است .
تغییر ساختار گاز طبیعی راهکار دیگری است که می توان برای تولید هیدروژن از آن استفاده کرد ، اما نکته ی منفی این روش تولید آلودگی است . در این روش دمای بخار آب در حدود 700 تا 1000 درجه ی سانتی گراد افزایش می یابد و در این مرحله بخار با گاز متان مخلوط می شود که نتیجه‌ی آن تولید مونوکسید کربن و هیدروژن در کنار مقدار کمی دی‌اکسید کربن است . در حال حاضر بیش از 95 درصد از هیدروژن تولید شده در آمریکا به این روش به دست می آید .
چگونه می توان هیدروژن مورد نیاز خودروهای هیدروژنی را تهیه کرد ؟
خودروهای هیدروژنی همچون سایر خودروها برای تامین انرژی مورد نیاز خود به وجود ایستگاه هایی در فواصل مشخص نیازمند هستند ، اما در حال حاضر ایستگاه های عرضه‌ی هیدروژن بسیار کم بوده و فاصله ی زیادی با هم دارند . از جمله ی دلایل عمده ای که باعث کمبود ایستگاه های عرضه ی هیدروژن شده می توان به عدم تقاضا و همچنین گران بودن تاسیس چنین ایستگاه هایی اشاره کرد . ساخت ایستگاه های شارژ خودروهای الکتریکی هزینه‌ای چند ده هزار دلاری داشته و ساخت هر ایستگاه مخصوص برای شارژ تسلا نیز 300000 دلار هزینه دارد . اما ایستگاه های تامین هیدروژن به دلیل چالش های انتقال هیدروژن مایع ، هزینه‌ای یک تا دو میلیون دلاری را در بر دارند . در حال حاضر 50 ایستگاه شارژ در کل ایالت متحده‌ی آمریکا موجود است که 22 عدد از آن ها در ایالت کالیفرنیا قرار دارند .
اما چرا تجهیزات مورد نیاز برای نگهداری هیدروژن مایع هزینه ی بالایی دارد ؟
اصلی ترین تانکری که برای نگهداری هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد ظرفیت 38000 لیتر هیدروژن مایع را دارد که باید در دمای 250 درجه زیر صفر نگهداری شود . برخلاف بنزین و گازوئیل ، مخازن نگهداری هیدروژن مایع را نمی توان زیر زمین دفع کرد . این مخازن باید در روی زمین و دور از پمپ ها قرار گیرند . هیدروژن موجود در این مخزن باید در مرحله‌ی بعدی وارد برج های فشرده ساز شده و پس از فشرده سازی به مخازن کوچک تر انتقال یابند .
برای سوخت گیری خودروهای هیدروژنی ابتدا باید رابط اول را برای اندازه گیری هیدروژن مورد نیاز به محل مورد نظر روی خودرو متصل کرد . پس از اندازه گیری میزان هیدروژن مورد نیاز برای سخت گیری ، نازل هیدروژن به محل مورد نظر متصل می شود که توسط قفل مخصوص به ورودی باک وصل می شود . میزان فشار هیدروژن ورودی بستگی به خودروی مورد نظر دارد ، اما شماری از خودروها هیدروژن را با هر دو فشار 350 و 700 بار می پذیرند .
خریداران خودروهای هیدروژنی هیوندای و تویوتا می توانند تا سه سال از هزینه ی هیدروژن مورد نیاز خودرو های خود آسوده خاطر باشند ، چرا که این دو کمپانی تا سه سال هیدروژن مورد نیاز خودروهای خود را تامین می کنند . تویوتا در نظر دارد تا تعداد ایستگاه‌های هیدروژن را در آمریکا افزایش دهد ، بطوری که این کمپانی ژاپنی برای ساخت 19ثیثی ایستگاه در ایالت کالیفرنیا و 12 ایستگاه دیگر در مسیر نیویورک تا جزیره‌ی رود برنامه ریزی کرده است . ایالت کالیفرنیا نیز برای احداث ایستگاه‌های هیدروژن بودجه ای 200 میلیون دلاری اختصاص داده و برای افزایش تعداد این ایستگاه ها به 40 عدد تا سال 2016 برنامه ریزی کرده است . سایر ایالت های آمریکا نیز برای احداث ایستگاه های شارژ هیدروژن برنامه های مشابهی را تدوین کرده اند .
مزیت خودروهای هیدروژنی در مقایسه با سایر خودروهای پاک چیست ؟
خودروهای هیبریدی اخیرا توسط یکی از نمایندگی های خودروهای ژاپنی وارد کشور شده اند و همچنین در مناطق آزاد نیز می توان شماری محدود از این خودروها را مشاهده کرد . خوشبختانه بر خلاف سال های گذشته دولت برای حمایت از خرید این خودروها ، سود بازرگانی واردات خودروهای هیبریدی را به صفر کاهش داده است . خودروهای هیبریدی در مقایسه با نمونه های بنزینی ، هزینه‌ی پایین تری را برای تامین سوخت به خریدار تحمیل می کنند . از نظر آلودگی نیز این خودورها بسیار خوب عمل می کنند ، از این رو خودروهای هیدروژنی چه مزیتی نسبت به انواع هیبریدی و الکتریکی دارند تاکاربران را مجاب به استفاده از آن ها کند ؟
شاید اولین و مهم ترین مزیت خودروهای هیدروژنی را بتوان سهولت استفاده از این محصولات خواند . خودروهای هیدروژنی را می توان در کمتر از پنج دقیقه سوخت گیری کرد در حالی که مدل S تسلا حداقل به بیست دقیقه زمان نیاز دارد تا به اندازه ی نصف میزان رنج حرکتی خودروی هیدروژنی شارژ شود . البته باید به این نکته نیز اشاره کرد که با احتساب تولید هیدروژن از روش های پاک ، خودروهای هیدروژنی در مقایسه با نمونه های الکتریکی بسیار پاک تر هستند که تولید کنندگان نیز سعی دارند این موضوع را دلیل اصلی منطقی برای مهاجرت به این خودروها مطرح کنند .
از نظر عملکرد نیز نمی توان تمایزی بین خودروهای هیدروژنی و الکتریکی قائل شد ، چرا که هر دو نمونه از وجود یک نوع موتور الکتریکی برای حرکت استفاده می کنند و فقط نوع تامین انرژی در این خودروها متفاوت است . تویوتا وعده داده که میرای در کمتر از 10 ثانیه از حالت سکون به 100 کیلومتر در ساعت برسد . غول خودرو سازی ژاپن همچنین به این نکته اشاره کرده که میرای قادر خواهد بود تا 700 کیلومتر را با یک بار سوخت گیری طی کند . با توجه به ظرفیت باتری های لیتیوم – یونی مورد استفاده در خودروها ، می توان استفاده از پیل های سوختی را گزینه ی بهتری برای وانت ها و خودروهای شاسی بلند یا SUV خواند ، چراکه باتری های لیتیوم – یونی بسیار سنگین تر از تانکر مورد نیاز برای ذخیره ی هیدروژن است .
اصلی ترین چالش پیش روی خودروهای هیدروژنی چیست ؟
اصلی ترین چالش پیش روی خودروهای هیدروژنی هزینه ی بالای تولید هیدروژن در مقایسه با اکتریسته است . همچنین باید به آلودگی ناشی از تولید هیدروژن نیز اشاره کرد .
خودروهای هیدروژنی از نمونه های الکتریکی گران تر بوده و هزینه ی نگهداری بالاتری دارند. تویوتا اعلام کرده که تویوتا میرای را به عنوان اولین خودروی هیدروژنی که به صورت تجاری روانه ی بازار می کند ، با قیمت 57700 دلار به فروش خواهد رساند که احتمالا با تسهیلات اعطا شده توسط دولت فدرال قیمت آم به 45000 دلار کاهش خواهد یافت . هرچند میرای کمی از تسلا ارزان تر است ، اما می توان خودروهای دیگری را نظیر نیسان لیف یا 30000 دلار خریداری کرد . هزینه ی نگهداری و تامین سوخت خودروهای هیدروژنی نیز گران تر تمام می شود ، بطوری که پر کردن باک میرای هزینه ای 50 دلاری را برای کاربر رقم می زند در حال که استفاده از تویوتا پریوس هیبریدی نصف این میزان و استفاده ازخودروهای الکتریکی نیز یک چهارم این مبلغ هزینه دارد .
تولید هیدروژن در فرآیندی پاک بسیار پر هزینه است . تنها راه برای تولید هیدروژن بدون ایجاد کوچک ترین آلودگی استفاده از روش الکترولیز است . با این حال شاید بهتر است الکتریسته ی مورد استفاده در فرآیند الکترولیز در خودروهای الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد تا این انرژی بصورت بهینه تری استفاده شود . همان طور که می دانید ، با انرژی مورد استفاده در مراکز تولید هیدروژن ، خودروهای الکتریکی می توانند به صورت پاک مسیر بیشتری را در مقایسه با خودروهای هیدروژنی با استفاده سوخت تهیه شده از همان فرآیند طی کنند . البته این موضوع با استفاده از آمار و فناوری مورد استفاده‌ی کنونی رقم خورده است .
آلودگی ناشی از تولید هیدروژن با استفاده از متان بیشتر از استفاده از سوخت‌های فسیلی است. تولید هیدروژن از طریق تغییر ساختار گاز طبیعی روش ارزان تر و در عین حال بدتری از نظر ایجاد آلودگی است . براساس تحقیقات جدیدی که توسط فورد صورت گرفته ، خودروهای هیدروژنی در مقایسه با خودروهای بنزینی عملکرد چندان خوبی از نظر آلودگی هوا ندارند ، چراکه بخش اعظمی از هیدروژن مورد استفاده از طریق تغییر ساختار متان تولید می شود که آلودگی تولید شده توسط آن به عنوان یک گاز گلخانه ای 86 برابر بدتر از دی‌اکسید کربن است.
تجیزات تولید ، انتقال و عرضه ی هیدروژن بسیار گران قیمت است . همانطور که می دانید ، هیدروژن بسیار اشتعال پذیر است و از این رو تولید ، انتقال و نگهداری آن نیازمند توجه بیشتری است ، در حالی که الکتریسیته را می توان امروز در تمام خانه ها به راحتی مورد استفاده قرار داد . خودروهای هیدروژنی نیازمند سرمایه گذاری بیشتری در زمینه‌ی توسعه ی چرخه ی سوخت رسانی هستند .
بیشنر بخوانید:
