آیا پیل سوختی هیدروژنی یا خودروهای احتراقی آینده ای دارند؟

در حالی که فروش خودروهای برقی باتری دار به سرعت در حال رشد است، با این فناوری که به طور گسترده به عنوان آینده موتور بدون آلایندگی پذیرفته شده است، خودروهای هیدروژنی هنوز تا حدودی نادیده گرفته می شوند.

با افزایش سریع فروش خودروهای الکتریکی، آیا خودروهای سلول سوختی هیدروژنی آینده ای در جاده ها دارند؟

اگرچه چند خودروی هیدروژنی برای فروش در بریتانیا وجود دارد، اما به ندرت کسی در حال حاضر آنها را خریداری یا حتی در نظر دارد، تا حدی به دلیل شبکه سوخت‌گیری هیدروژنی که تقریباً وجود ندارد.

بنابراین آیا خودروهای پیل سوختی هیدروژنی واقعا آینده ای دارند؟

خودروسازان چندین سال است که با سلول سوختی هیدروژن و فناوری احتراق هیدروژن آزمایش می‌کنند و سعی می‌کنند فرمول استفاده از فراوان‌ترین منبع در جهان را برای تامین انرژی خودروها بشکنند.

در حالی که پیشرفت حاصل شده است، در مقایسه با فناوری خودروهای الکتریکی باتری بسیار کند بوده است.

در زمان نگارش این مقاله، تنها دو خودروی اصلی هیدروژنی در فروش وجود دارد: تویوتا میرای و هیوندای نکسو، خودروها و ون های هیدروژنی بیشتری در راه هستند، اما برندهایی مانند BMW ،Land Rover و Vauxhall همگی در حال برنامه ریزی مدل های جدید در پنج سال آینده هستند.

از آنجایی که شارژ مجدد یک ماشین هیدروژنی بسیار شبیه به پر کردن بنزین یا گازوئیل است، همچنین تقریباً به همان سرعت است - حدود 5 دقیقه طول می کشد تا یک باک پر شود، این بدون شک یک مزیت نسبت به زمان انتظار طولانی مرتبط با شارژ یک ماشین برقی باتری است.

با این حال، یکی از بزرگترین دلایل جذب کند خودروهای هیدروژنی، زیرساخت های موجود است و با توجه به UK H2 Mobility، در حال حاضر 6 ایستگاه پر کردن هیدروژن در بریتانیا باز است و 5 ایستگاه دیگر نیز برنامه ریزی شده است.

بدیهی است که این مقدار بسیار کمتر از میزان پمپ بنزین ها و نقاط شارژ عمومی وسایل نقلیه برقی الکتریکی است و مگر اینکه شما یکی از آنها را در آستانه منزل خود داشته باشید، یا یک مورد خصوصی در محل کار خود نداشته باشید، راه اندازی یک ماشین هیدروژنی غیرممکن است.

همچنین نگرانی‌هایی در مورد اثرات زیست‌محیطی هیدروژن وجود دارد که تولید آن به مقدار زیادی برق نیاز دارد، حتی زمانی که از منابع تجدیدپذیر تولید شود.

این، همراه با چندین مانع دیگر در تولید، ظاهراً در حال غلبه بر آن است، و با توسعه فناوری هنوز هم این شانس واقعی وجود دارد که هیدروژن بتواند خود را به عنوان بخش مهمتری از ترکیب سوخت حمل و نقل ما در آینده نزدیک بیابد.

ماشین های هیدروژنی چگونه کار می کنند؟

یکی از بحث‌هایی که گاهی علیه خودروهای هیدروژنی مطرح می‌شود این است که آنها نسبت به خودروهای الکتریکی کارآمدتر هستند و از آنجا که هیدروژن به طور طبیعی وجود ندارد، باید استخراج شود، سپس در مخازن سوخت فشرده شود.

سپس باید با اکسیژن موجود در پشته پیل سوختی مخلوط شود تا الکتریسیته تولید کند تا موتورهای خودرو را تامین کند، بدبین ها در مقایسه با یک ماشین الکتریکی که در آن برق مستقیماً از یک بسته باتری شارژ شده از برق اصلی می آید، به کاهش کارایی در این فرآیند اشاره می کنند.

این تا حدودی درست است، اما انتظار نمی رود که خودروهای هیدروژنی جایگزین خودروهای برقی شوند. در عوض، هیدروژن برای تکمیل نیروی الکتریکی خالص در نظر گرفته شده است، و دلیل خوبی برای این وجود دارد: تمیزترین سوخت ممکن است.

تولید باتری لیتیوم یونی برای خودروهای الکتریکی بسیار انرژی بر است و استخراج لیتیوم به تنهایی چندین تن CO2 منتشر می کند، اگر این را همراه با شارژ باتری از هر منبع دیگری به غیر از منبع آلایندگی صفر در طول عمر آن در نظر بگیرید، یک خودروی الکتریکی همچنان در میزان معینی از انتشار CO2 مشارکت می کند - حتی اگر این گاز از اگزوز نشات نگیرد.

البته، اگر یک باتری EV با استفاده از مواد با منبع مسئولانه و انرژی های تجدیدپذیر تولید شود، این به کاهش بیشتر این آلاینده ها کمک می کند.

در مقایسه، خودروهای هیدروژنی امروزی دارای آلایندگی چرخه زندگی هستند که حداقل به اندازه خودروهای برقی کم است. آنها به باتری های بزرگ نیاز ندارند زیرا پیل سوختی برای تبدیل هیدروژن به برق برای به حرکت درآوردن موتورها کار می کند.

یک مطالعه اخیر نشان داد که یک خودروی هیدروژنی در طول عمر خود حدود 120 گرم در کیلومتر دی‌اکسید کربن منتشر می‌کند، اما زمانی که هیدروژن با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر تولید می‌شود، می‌توان این میزان را به طور قابل توجهی به حدود 60 گرم در کیلومتر کاهش داد.

آیا سوخت هیدروژنی ناکارآمد یا آلوده است ؟

بیشتر هیدروژن امروزی از گاز طبیعی اصلاح می‌شود، اما تمرکز آینده کاملاً بر روی منابع تجدیدپذیر است - اگرچه چند سال طول می‌کشد تا به آنجا برسیم.

از نظر راندمان، همیشه از نظر تئوری استفاده از نیروی باد یا انرژی خورشیدی در شبکه به جای تبدیل آن به هیدروژن بهتر است، اما ذخیره انرژی کافی در باتری ها برای نیازهای حمل و نقل سنگین - یا همان طور که اغلب در مورد آن اتفاق می افتد - عملا غیرممکن است؛ برای رانندگان خودرو، تا برق کافی را به جایی که لازم است برسانند.

هیدروژن را می توان به راحتی به صورت فله ای در سراسر جهان به شکل آمونیاک حمل کرد، در مخازن تحت فشار ذخیره کرد و اگر از انرژی های تجدید پذیر تولید شود، این بحث ادامه دارد که تلفات انرژی در تبدیل به سیاره آسیبی نمی رساند.

علاوه بر این، هیدروژن یک راه عالی برای ذخیره انرژی الکتریکی اضافی است که هیچ کس نمی‌خواهد آن را بخرد، زمانی که (به عنوان مثال) توربین‌های بادی انرژی بیشتری نسبت به نیاز شبکه به دلیل آب و هوا تولید می‌کنند.

در حال حاضر در چنین شرایطی ژنراتورها به سادگی خاموش هستند، با این حال محاسبات در آلمان نشان می‌دهد که می‌توان در سال 2022 برق رایگان کافی برای الکترولیز 100000 تن H2 تولید کرد.

آیا خودروهای هیدروژنی به زیرساخت های جدید بسیار گران قیمت نیاز دارند؟

این صنعت در حال بررسی راه‌هایی برای استفاده از شبکه‌های توزیع گاز طبیعی موجود برای انتقال آسان هیدروژن تجدیدپذیر در سراسر کشورها و زیر کف اقیانوس است.

تحقیقات انجام شده در دانشگاه بیرمنگام در بریتانیا و جاهای دیگر، شبکه توزیعی را نشان می‌دهد که در آن می‌توان هیدروژن را با گاز طبیعی که از طریق شبکه تامین داخلی جریان می‌یابد، مخلوط کرد، سپس در جایی که سوخت هیدروژن مورد نیاز است - خواه برای صنعت یا حمل‌ونقل - جدا شود.

سرمایه گذاری زیادی برای تولید هیدروژن تجدیدپذیر مورد نیاز است، اما در حال حاضر بخار به سرعت جمع آوری می شود و در همین حال، تحلیل‌های اخیر نشان می‌دهد که یک رویکرد دوجانبه برای توسعه زیرساخت شارژرهای EV که در آن آسان است، و ایستگاه‌های سوخت هیدروژن در جایی که اینطور نیست، می‌تواند میلیاردها دلار در هزینه‌های سرمایه‌گذاری در سطح جهان صرفه‌جویی کند و سفر به صفر خالص را سرعت بخشد.

آیا هیدروژن به طور خطرناکی انفجاری نیست؟

حتی امروزه، ذکر سوخت هیدروژنی برخی از مردم را وادار می کند تا تصاویر وحشتناک هیندنبرگ را به یاد بیاورند و یک مایل بدوند.

تحقیقات نشان می‌دهد که فاجعه معروف کشتی هوایی در سال 1936 نتیجه سوختن شدید بدنه کشتی به مدت نیم دقیقه بود، زیرا پوشش‌های اعمال شده دارای ترکیب شیمیایی مشابه با ترمیت بودند - خود هیدروژن با وجود تصورات غلط عمومی هرگز منفجر نشد.

به طور مشابه، در آغاز برنامه فضایی، دانشمندان آمریکایی تلاش کردند - و شکست خوردند - تا H2 را منفجر کنند.

در 61 تلاش، تنها دو انفجار به دست آمد که هر کدام نیاز به مخلوط کردن دقیق اکسیژن مایع با هیدروژن مایع داشت، در حالی که گاز H2 انفجاری تلقی می شود و نیاز به جابجایی دقیق دارد (درست مانند بنزین)، مقادیر کمی که از مخزن سوخت خودرو پاره شده آزاد می شود تقریباً فوراً در هوا پخش می شود.

آیا هیدروژن می تواند موتور ICE را نجات دهد؟

سلول های سوختی تنها گزینه برای H2 نیستند و علاقه زیادی به استفاده از گاز برای تامین انرژی موتورهای احتراق داخلی وجود دارد. JCB یک شرکت پیشرو بریتانیایی است که H2 ICE را در کارخانه جابجایی زمین خود پیشگام کرده است و اخیرا موتور هیدروژنی خود را در یک کامیون نصب کرده است.

تویوتا معتقد است H2 ICE جایگاهی در ورزش موتوری دارد، جایی که طرفداران می خواهند صدای موتورهای سنتی را بشنوند، اما علیرغم اینکه اخیراً کرولا کراس خود را معرفی کرده است - یک SUV مفهومی مبتنی بر GR با موتور 1.6 لیتری H2 و فضای پنج نفره مسافران - حفظ می کند که فناوری H2 ICE تنها 40 درصد در مسیر تجاری سازی است.

این شرکت اخیرا اعلام کرد: هنوز نمی توان گفت که آیا این فناوری برای خودروهای جاده ای به بلوغ می رسد یا خیر.

چه اتفاقی برای بازار جهانی خودروهای هیدروژنی می افتد؟

در دهه گذشته کمتر از 500 خودروی هیدروژنی در بریتانیا به ثبت رسیده است، اما شورای هیدروژن (یک نهاد صنعتی) پیش‌بینی کرده است که تا سال 2030 ممکن است 13 میلیون خودروی پیل سوختی در سراسر جهان فعال شوند، از جمله 1 میلیون ون، کامیون و اتوبوس ها با توجه به اینکه تا به امروز تنها حدود 26000 خودروی پیل سوختی در سراسر جهان ثبت شده است، به علاوه تقریباً 6000 اتوبوس، برای بسیاری غیرقابل قبول به نظر می رسد.

با این حال تعداد جایگاه های سوخت نیز به سرعت در حال گسترش است.

تا سال 2022، چین با 161 نفر پیشتاز بود و پس از آن ژاپن و کره قرار داشتند، آلمان تنها کشور اروپایی با بیش از 100 جایگاه سوخت است و حتی ایالات متحده نیز کمتر از 100 جایگاه دارد، اما مجددا شورای هیدروژن پیش بینی می کند تا سال 2030 بر اساس برنامه های سرمایه گذاری فعلی، 10000 جایگاه سوخت H2 در سراسر جهان وجود داشته باشد.

آینده خودروهای هیدروژنی چیست؟

برای تحرک واقعا پایدار، هیدروژن سوختی است که نمی توان آن را نادیده گرفت، همچنین به عنوان یک جایگزین بالقوه برای سوخت رسانی به HGV ها در نظر گرفته می شود، جایی که کامیون های الکتریکی به دلیل ظرفیت باتری و نیاز به شارژ مجدد با استفاده از شبکه برق با مشکل مواجه می شوند.

با این حال، بزرگترین نقطه ضعف این است که توسعه یک زیرساخت کامل سوخت‌گیری هیدروژن، جایی که گاز تولید می‌شود و سپس به ایستگاه‌ها منتقل می‌شود، میلیاردها پوند و چندین سال طول می‌کشد تا توسعه یابد.

کلید تشویق خودروهای هیدروژنی این است که آنها را بخشی از "اقتصاد هیدروژنی گسترده تر کنیم - ساخت ایستگاه های سوخت گیری برای خودروهای هیدروژنی به تنهایی ناکارآمد خواهد بود. در عوض، در حالت ایده‌آل، کل بخش انرژی از سوخت‌گیری خودروها گرفته تا ذخیره انرژی برای خانه‌ها، هیدروژن را در ترکیب قرار می‌دهد.

یکی دیگر از مزایای هیدروژن این است که می تواند به طور بالقوه در محل تولید شود نه اینکه مانند سوخت حمل شود یا مانند برق از طریق شبکه تامین شود.

اما حتی با وجود زیرساخت های هیدروژنی، چه محلی و چه در سراسر کشور، وسایل نقلیه هیدروژنی هنوز با مسئله هزینه مواجه هستند.

تویوتا میرای از 50000 پوند به فروش می رسد، این هزینه برای هر خودرویی بسیار زیاد است، اما مانند خودروهای برقی، با بهبود فناوری و تبدیل شدن به جریان اصلی، قیمت ها باید شروع به کاهش کنند.

هنوز اگرهای زیادی درباره هیدروژن وجود دارد، اما امروزه بسیار کمتر از یک دهه پیش وجود دارد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.