خودروهای هیدروژنی؛ چالش جدی آینده نفت

به گزارش می متالز، از این رو خودروهای هیبرید و برقی روی کار آمدند. با این حال هر دوی این خودروها مشکلات زیادی به همراه دارند. خودرو های هیبرید که همچنان از سوخت‌های فسیلس استفاده می‌کنند و فقط میزان مصرف و آلودگی را کاهش می‌دهند. خودرو های برقی نیز به دو دلیل تا کنون به صورت عمده تجاری نشده اند. یک اسن که زمان شارژشان بسیار طولانی است و برای یک سفر بین شهری باید ساعت‌ها خودرو در شارژ باقی بماند و دوم این که وزن بسیار زیاد باتری‌های موجود در این خودروها باعث می‌شود که توان آنها تا حدودی کاهش یابد، علاوه بر این باتری‌های موجود در این خودروها که از نوع لیتیوم است با استفاده از سوپرشارژرهایی که زمان شارژ را کاهش می‌دهند به شدت دچار استهلاک می شوند.

در نتیجه خودروهای برقی تا کنون نتوانسته اند به صورت جدی تجاری شوند و سهم بسیار کوچکی در بازار خودرو رو به خود اختصاص داده اند. این در حالی است که ابر کمپانی تسلا سرمایه گذاری‌های کلانی در این زمینه انجام داده است و روز به روز تکنولوژی‌های جدیدی را به بازار عرضه می کند.

اما این روزها تکنولوژی جدیدی سکان دار تحول در سوخت خودروها شده است. خودروهای پیل سوختی این روزها به نظر می‌رسد که با سرعت هر چه بیشتری در حال رشد هستند. خودروهایی که تقریبا هیچ گونه آلودگی خاصی برای طبیعت ندارند و نه تنها هوا را آلوده نمی‌کنند، بلکه آن را تمیز هم می کنند.

خودروهای پیل سوختی به اتومبیل‌‌‌هایی اطلاق می‌شود که باتری مورد استفاده در آن‌ ها هیدروژن/اکسیژن است. بر خلاف باتری‌های معمول مورد استفاده، باتری‌های هیدروژنی ساختار بسته‌‌ مملو از مواد شیمیایی ندارند، بلکه می‌‌توان آن‌ ها را با گاز هیدروژن شارژ کرد. شماری از باتری ‌ها علاوه بر هیدروژن توانایی کار با گاز های دیگر، نظیر متان و بنزین را دارند، اما این موارد در کاربردهای محدود صنعتی چون نیروگاه‌ ها یا لیفتراک‌ ها مورد استفاده قرار می ‌گیرند.

به نوشته زوم ایت همچون باتری‌های معمول مورد استفاده، باتری‌های سوختی نیز از وجود آند، کاتد و الکترولیت بهره می‌برند. 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 باتری‌ ها 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 می‌کند که با عبور از این مرحله دو یون و دو الکترون به دست می ‌آید. الکترون‌های حاصل در فرآیند نیرو بخشیدن به موتور الکتریکی خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند 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.

گفتنی است که غول های خودروسازی ژاپنی یعنی تویوتا و هوندا تصمیم دارند که خودروهای هیدروژنی را تا چند سال آینده به جدیت توسعه دهند. در کتر این کمپانی‌ها، هیواندای نیز چنین تصمیمی دارد و تاکنون دو مدل بسیار تکنولوژیک و کارآمد را با سوخت هیدروژن روانه بازار کرده است.

خبرهای موجود حاکی از این است که خودروسازان ژاپنی کنسرسیومی برای ترویج خودروهای هیدروژنی ایجاد کردند. به گزارش ژاپن‌ تایمز این خودروسازان با همکاری شرکت‌ های فعال در زمینه زیرساخت‌ ها، اقدام به احداث جایگاه‌ های توزیع هیدروژن خواهند کرد. کنسرسیوم «حمل و نقل هیدروژنی ژاپن» بناست تا سال ۲۰۲۱ بیش از ۸۰ جایگاه توزیع هیدروژن در سراسر ژاپن تاسیس کند.

این کنسرسیوم با هدف معرفی پیل‌ های سوختی هیدروژنی به عنوان جایگزینی برای موتور های درون ‌سوز ایجاد شده است. وزارت صنایع ژاپن نیز پیش‌ تر اعلام کرده بود تا پایان سال مالی ۲۰۲۰ بنا دارد ۱۶۰ جایگاه‌ توزیع هیدروژن جدید احداث کند.

هیروشیگه سکو، وزیر اقتصاد، تجارت و صنایع ژاپن در این خصوص گفته است: ژاپن در حال حاضر در زمینه تولید پیل‌های سوختی هیدروژنی درجهان پیشتاز است و این فرصتی استثنایی به شمار می آید تا در شرایطی که جهانیان به سوی حذف کربن گام برمی ‌دارند، این کشور رهبری سایرین را در این زمینه عهده ‌دار شود. در‌حالی ‌که اغلب خودروسازان سرگرم توسعه خودروهای برقی هستند، ژاپنی‌ها پروژه گسترش موتورهای هیدروژنی و پیل‌ های سوختی را نیز رها نکرده ‌اند.

اما مزیت اصلی این خودروها نسبت به خودروهای برقی این است که زمان شارژ آن ها کمتر از پنج دقیقه است و با این میزان شارژ می توانند چند صد کیلومتر حرکت کنند. این در حالی است که مدل S تسلا حداقل به بیست دقیقه زمان نیاز دارد تا به اندازه‌ 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، خودرو های هیدروژنی در مقایسه با نمونه‌های الکتریکی بسیار پاک ‌تر هستند که تولیدکنندگان نیز سعی دارند این موضوع را دلیل اصلی  منطقی برای مهاجرت به این خودرو ها 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 خودرو ها متفاوت است.

این در حالی است که مدل میرای تویوتا در کمتر از ۱۰ ثانیه از حالت سکون به ۱۰۰ کیلومتر در ساعت می رسد و این خودرو قادر است با یک بار سوختگیری که کمتر از پنج دقیقه طول می کشد، تا ۷۰۰ کیلومتر را طی کند. علاوه بر این با توجه به ظرفیت باتری‌های لیتیوم-یونی مورد استفاده در خودرو ها، می ‌توان استفاده از پیل‌های سوختی را گزینه بهتری برای وانت ‌ها و خودرو های شاسی بلند یا SUV خواند، چراکه باتری‌های لیتیوم-یونی بسیار سنگین‌ تر از تانکر مورد نیاز برای ذخیره‌ هیدروژن است.

پاول ویلیامسن، مدیر ارتباطات استراتژیک جهانی شرکت لکسوس، بر این باور است که قرار نیست اتومبیل‌های برقی، آینده را تصاحب کنند؛ چراکه زمان شارژ این خودروها هیچ ‌گاه حتی تا حد قابل‌ قبول هم کاهش نمی‌یابد و به سطوح عملی و کاربردی نخواهد رسید. او که خود را به‌ عنوان فرد اهل فن معرفی کرده است، این موضوع را بر اساس علم شیمی توجیه می‌ کند.

ویلیامسن می‌گوید: تجربه من در استفاده و کار با باتری‌ها این نکته را برایم روشن کرده است که یکی از بدترین روش‌ها در استفاده از باتری، به کار بردن روش شارژ سریع است. در واقع دو روش اصلی برای استفاده نادرست از این منبع تغذیه وجود دارد؛ گرمادهی بیش از حد و شارژ سریع. این در حالی است که همراه با سوپرشارژرهای شرکت تسلا، این نکته اطلاع‌ رسانی نمی‌شود که یک بار شارژ سریع (سوپرشارژ)، ۲۰ سیکل شارژ از عمر باتری کم می ‌کند. به کمک علم شیمی این مسئله اثبات می ‌شود. شما نمی ‌توانید یون‌ ها را در باتری وادار به حرکتی با سرعت بالا کنید، درحالی‌ که خرابی و آسیب ‌دیدگی ایجاد نشود.

بر این اساس می توان دریافت که خودرو های برقی هیچ وقت به میزان عمده تجاری نخواهند شد. این در حالی است که خودروهای پیل سوختی با این که در ابتدای راه قرار دارند، شکل تیجاری بیشتری از خودرو های برقی دارند.

این در حالی است که تویوتا در حال حاضر اولین کامیون هیدروژنی را نیز تولید کرده است که می‌تواند با شتاب زیاد و آلودگی صفر حمل بار را انجام دهد. حتی گفته می‌شود که این کامیون قادر است بدون کانتینر در کمتر از ده ثانیه از حالت سکون به سرعت صد کیلومتر در ساعت برسد.

بر این اساس می‌توان دریافت که سوخت هیدروژن این توانایی را دارد تا در آینده نزدیک جایگزین نفت و گاز شود. چرا که این پتانسیل وجود دارد که در آینده عدم آلوده سازی این خودروها عاملی شود برای اجبار در استفاده از آن ها.

اما تنها چالشی که این خودروها با آن رو به رو هستند، این است که تولید هیدروژن آن ها تا حدودی پر هزینه است. علاوه بر این تولید هیدروژن از روش‌های قدیمی ایجاد آلودگی نیز می‌کند. با این حال این امید وجود دارد که در آینده پیشرفت های تکنولوژیک باعث شوند که تولید هیدروژن از طرق پاک کم هزینه شود. تحقق این موضوع می‌تواند چالشی جدی باشد برای صنعت نفت، موضوعی که می تواند ضامن سلامت بشر در آینده باشد.