هرچه باید درباره خودروهای سلول سوختی بدانید

سلول سوختی

هرچه باید درباره خودروهای سلول سوختی بدانید/ فناوری سبز

 

اخیرا درباره خودروهای سلول سوختی جنجال زیادی برپا شده است؛ از این خودروها در تبلیغات به عنوان خودروهای آینده نام برده می‌شود و سال آینده به مرحله تولید انبوه می‌رسند. از آنجایی که اخیرا سوالات زیادی در مورد نحوه عملکرد و جزییات فنی این نسل تازه از خودروهای آینده مطرح شده، بر آن شدیم تا یکبار و برای همیشه به این سوالات پاسخ دهیم.

آیا خودروهای سلول سوختی واقعا با سوختن هیدروژن کار می‌کنند؟

این بزرگ ترین تصور غلط در مورد این خودروهاست. خیر، سلول‌های سوختی از هیدروژن به منظور تولید جریان برق استفاده می‌کنند که این جریان برق از طریق یک موتور الکتریکی چرخ ها را به حرکت در می‌آورد، بنابراین خودروهای سلول سوختی هم در واقع از مکانیزم حرکتی برقی برخوردارند.

چطور هیدروژن جریان برق تولید می‌کند؟

آیا کلاس شیمی را به خاطر می‌آورید که آنجا به شما نشان دادند با عبور جریان برق از آب (فرآیند الکترولیز) آن را تبدیل به هیدروژن و اکسیژن می‌کند؟ خب، سلول سوختی دقیقا بر عکس این فرآیند را انجام می‌دهد. هیدروژن که در مخزنی همراه با خودرو حمل می‌شود به سمت توده‌های سلول‌های سوختی فرستاده می‌شود و در ترکیب با اکسیژن هوا (بر خلاف الکترولیز) آب و جریان برق تولید می‌کند.

هر واحد سلول سوختی از یک آنود (که از طریق آن هیدروژن جریان می‌یابد) یک کاتالیزگر (که واکنش شیمیایی را تسهیل کند) و یک کاتود (که اکسیژن از طریق آن جریان می‌یابد) تشکیل شده است. لبته یک سلول سوختی به تنهایی برای به حرکت در آوردن اتومبیل کافی نیست بنابراین خودروسازان سلول‌های بیشتری را کنار هم می‌چینند که شبیه یک باطری می‌شود. در واقع سلول‌های سوختی را می‌توان نوعی باطری تصور کرد که خودش جریان برق تولید می‌کند.

هیدروژن از کجا تامین می‌شود؟

هیدروژن یکی از عناصر فراوان در کره زمین است. تنها ویژگی منفی (البته همزمان ویژگی مثبت هم دارد و آن کمک به زیستن ماست) این است که هیدروژن در ترکیب با دیگر عناصر در آب، گازهای طبیعی و دیگر منابع یافت می‌شود. در حال حاضر قسمت اعظم هیدروژن مورد نیاز صنعت از گاز طبیعی تامین می‌شود، مقداری از آن طریق الکترولیز آب و بخش دیگری از آن از طریق بیومتان به دست می‌آید.

خودروهای سلول سوختی

پس اگر برای به دست آوردن هیدروژن خالص مجبورید انرژی صرف کنید چطور این موضوع دست یافتنی است؟

ترفند کار این گونه است. اساسا هیدروژن مانند بنزین یک حامل انرژی است. با سوختن بنزین حرارت و فشار تولید می‌شود که از آن برای به حرکت در آوردن خودرو استفاده می‌شود. هیدروژن در ترکیب با اکسیژن جریان برق تولید می‌کند که موتور برقی با کمک این برق خودرو را حرکت می‌دهد.

تا به حال انرژی زیادی صرف استخراج نفت و پالایش آن به منظور سوختن در موتورهای بنزینی شده است و این کار به خوبی جواب داده است. اگر منابع نفتی بی نهایت بود یا مشکل آلودگی وجود نداشت شاید این حرکت تا ابد انجام می‌شد.

این قضیه در مورد به دست آوردن هیدروژن نیز صدق می‌کند. برنامه‌ای برای استفاده از نیروی باد یا سلول‌های خورشیدی در کارخانه‌های استخراج هیدروژن قرار است به کار گرفته شود که در درازمدت باعث کاهش هزینه‌ها می‌شود.

مهم‌تر از این، قیمت یک گالن بنزین ۳٫۵ دلار است و به طور متوسط می‌توانید ۵۰ مایل مسافت را با آن طی کنید. قیمت یک کیلوگرم هیدروژن حدود ۵ دلار است اما خودروهای سلول سوختی که در آینده نزدیک شاهد آنها هستیم با هر کیلوگرم هیدروژن مسافتی بالغ بر ۷۰ مایل طی می‌کنند، بنابراین قیمت هیدروژن در مقایسه با بنزین رقابتی و نزدیک خواهد بود و این در حالی است که آلودگی ناشی از خودروهای سلول سوختی به سمت صفر مطلق میل می‌کند.

اگر قرار باشد برای جدا کردن هیدروژن از مواد دیگر به باد و خورشید اتکا کنیم، چرا نمی توانیم مستقیم از خود جریان برق برای به حرکت در آوردن خودروهای برقی استفاده کنیم؟

در اینجا ۵۰% حق با شماست. بله، مزیت خودروهای برقی هزینه و عملکرد ساده آنهاست، فقط باید به دو شاخه برق وصل شوند تا مجددا شارژ شوند اما این خودروها دو محدودیت بزرگ دارند:

شعاع حرکتی – بهترین خودروی برقی در حال حاضر (تسلا مدل اِس ۲۰۱۴) می‌تواند حدود ۲۰۰ مایل مسافت طی کند در حالی که تخمین زده می‌شود خودروی سلول سوختی تویوتا با یک شارژ کامل حداقل ۳۰۰ مایل مسافت طی کند.

تعداد دفعات شارژ باطری – تسلا برای شارژ باطری خود به یک ساعت زمان در یک ایستگاه شارژ مخصوص با ظرفیت بالا نیاز دارد در حالی که خودروی سلول سوختی برای پر کردن مجدد مخازن هیدروژن فقط حدود ۳ دقیقه زمان نیاز دارد.

بنابراین تا وقتی که تکنولوژی‌های جدید تولید باتری به حقیقت بپیوندد، به نظر می‌آید هیدروژن بهترین گزینه برای حرکت بخشیدن به خودروهای بشر در مقیاس وسیع باشد.

آیا تویوتا تنها خودروسازی است که خودروهای سلول سوختی می‌فروشد؟

خیر، در واقع تویوتا حتی اولین خودروسازی نبود که اولین خودروی سلول سوختی را تولید کرده باشد زیرا بسیاری از خودروسازان دیگر در گذشته مسئله جایگزینی سوخت را بررسی کرده اند. ولی به خاطر هزینه‌های تولید بالا، آن نمونه‌های اولیه و خودروهای آزمایشی هیچ وقت موفقیت چندانی کسب نکردند.

تویوتا در این زمینه تحقیقات و بررسی‌های فراوانی انجام داده است و این طور که می‌گوید سال آینده خودروی سلول سوختی ارزان قیمت را به صورت تولید انبوه وارد بازار می‌کند زیرا تحقیقات بعدی هزینه ها را از بیش از ۱۰۰ هزار دلار به ۷۰ هزار دلار کاهش می‌دهد.

اما هوندا و هیوندا هم گفته‌اند که سال بعد همین کار را انجام خواهند داد. کدام یک از آنها بهترین خواهد بود؟ فقط باید صبر کنیم و ببینیم چه خواهد شد.

خودروهای سلول سوختی

۷۰ هزار دلار هنوزم برای من مبلغ گزافی هست، آیا قیمت ها در مرحله معینی کاهش خواهند یافت؟

اگر در کشوری مثل ژاپن زندگی می‌کنید که تسهیلات ویژه برای خرید خودروهای سلول سوختی ارائه می‌دهد می‌توانید با ۵۰ هزار دلار صاحب یکی از آنها شوید. خودروسازان انتظار دارند که با کمک دولت به اندازه کافی از این خودروها به فروش برسانند تا این صنعت در حال پیشرفت باشد و هزینه‌های تولید باز هم کاهش یابد.

یادتان می‌آید که نخستین تلفن‌های همراه حدود ۲۰ سال پیش چقدر گران قیمت بودند؟ خب الان می‌توانید فقط با ۶۰ دلار یک تلفن همراه بخرید و این جریان برای هر فن آوری جدید دیگری هم می‌تواند تکرار شود. پس اگر مردم خودروهای سلول سوختی بخرند هزینه‌های تولید آن ها در بلند مدت کاهش خواهد یافت.

تا اینجا همه چیز قابل قبول به نظر می‌رسد اما آیا این خودروها خطرناک نیستند؟

رانندگی کردن با هیدروژن به نظر ایده خوبی نمی‌آید و سپس جریان فاجعه کشتی هوایی هیندنبرگ که ممکن به گوشتان خورده باشد.

اوه! کوتاه بیاید و کمتر فیلم‌های علمی تخیلی و اکشن نگاه کنید! فاجعه هیندنبرگ ۸۰ سال پیش اتفاق افتاد و آن کشتی در اصل یک توپ عظیم الجثه بود که داخل آن بامقدار زیادی هیدروژن پر شده بود.طبیعتا با یک شکاف و جرقه آتش گرفتن آن حجم عظیم هیدروژن اتفاق می‌افتاد و متاسفانه چنین اتفاقی هم افتاد،اما در خودرو سلول سوختی شما هیدروژن در مخازنی نگهداری می‌شود که تا فشار ۷۰۰ اتمسفر را ضمانت می‌کنند. تویوتا به مخزن‌های خودش با گلوله‌های مختلف شلیک کرد،اما فقط کالیبر ۵۰ به جدار داخلی مخزن نفوذ کرد.  حتی با وجود این نفوذ آنها اظهار داشتند که هیدروژن فقط با فشار زیاد از مخزن خارج شد و انفجار یا احتراقی رخ نداد.

خودروهای سلول سوختی

بسیار خب، اما آیا هیچ نقطه ضعفی هم در مورد خودروهای سلول سوختی و تکنولوژی مربوط به آن ها وجود دارد؟

مهمترین نقاط ضعف به تکنولوژی پیچیده لازم برای استخراج هیدروژن و مسائل تکنیکی مربوط به نگهداری و ذخیره سازی هیدروژن فشرده مربوط می‌شود که هزینه زیادی را برای توسعه این تکنولوژی به دولت ها و شرکت‌های درگیر در این پروژه تحمیل می‌کند.همچنین فراموش نکنید که خودروهای سلول سوختی علاوه بر باتری و موتورهای برقی به مجموعه مخازن هیدروژن و خود سلول‌های سوختی نیز مجهز خواهند بود و به همین دلیل به شکل محسوسی سنگین‌تر از برادران تمام برقی خود خط تولید را ترک می‌کنند، در واقع جای دادن این حجم از قطعات فنی، برقی و الکترونیکی در زیر بدنه یک خودرو کوچک درون شهری در طول یک دهه اخیر یکی از چالش‌های بزرگ خودروسازان درگیر در پروژه‌های سلول سوختی بوده است.از طرف دیگر پیچدگی فنی و تکنیکی خودروهای سلول سوختی نیز از نمونه‌های کاملا برقی بیشتر است و این نکته می‌تواند هزینه‌های نگهداری آن ها را در بلند مدت افزایش دهد.

ایستگاه‌های سوخت گیری مجدد چطور؟

اینجاست که منتقدان می‌توانند تکنولوژی سلول سوختی را زیر سوال ببرند. هزینه احداث ایستگاه‌های سوخت گیری هیدروژن واقعا نسبت به ایستگاه‌های بنزین زیاد است اما خودروسازانی که خودروهای سلول سوختی می‌فروشند گفته‌اند که در جهت احداث این ایستگاه ها کمک مالی می‌کنند.

به جز این آنچه می‌توانیم در مورد ایستگاه‌ها بگوییم این است که پر کردن مخزن هیدروژن در خودروی شما مانند پر کردن مخزن گاز مایع است. خودرو را نزدیک پمپ متوقف کنید، نازل هیدروژن را به سیستم پر کردن مخزن وصل کنید، مخزن را پر کنید نازل را جدا کنید و بهای سوخت را بپردازید. به همین سادگی می‌توانید به سوختی فوق العاده پاک برای خودرو سبز خود دسترسی داشته باشید.

“با رگلاژ از جدیدترین‌های دنیای علم مطلع باشید”

[تعداد: 1    میانگین: 3/5]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

من را از طریق ایمیل از پاسخ به دیدگاهم باخبر کن! بدون ارائه دیدگاه هم می‌توانید از دیدگاه های جدید در این مطلب باخبر شوید. اشتراک