یک خودروی هیدروژنی

 

Toyota Mirai

یک خودروی هیدروژنی

تویوتا فعالانه در حال توسعه فناوری‌های هیدروژنی، هم برای خودروهای پیل سوختی و هم برای موتورهای احتراق داخلی با سوخت هیدروژن است. تویوتا میرای  Toyota Mirai نمونه شناخته ‌شده‌ای از خودروهای پیل سوختی است که هیدروژن را به برق تبدیل می‌کند و در عین حال فقط بخار آب به عنوان خروجی اگزوز تولید می نماید. تویوتا همچنین در حال آزمایش موتورهای هیدروژنی است که مانند موتورهای احتراق داخلی معمولی عمل می‌کنند اما از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می‌کنند.

دورنگری برای طی کردن راههای دور با فناوری هیدروژنی

تویوتا از یک پیل سوختی جدید رونمایی کرد. نسل سوم سیستم محرک هیدروژنی به گونه ‌ای طراحی شده است که از موتور H2 فعلی در خودروی هیدروژنی تویوتا میرای، اقتصادی ‌تر و بادوام ‌تر باشد. بی ‌صدا با آلایندگی صفر: این رویا با تویوتا میرای به واقعیت تبدیل می‌شود. سیستم سوختی تویوتا میرای Mirai از هیدروژن و اکسیژن، برق تولید کرده و حتی در این فرآیند هوا را تصفیه می‌ نماید. همزمان این فناوری آینده نگر با  توانایی طی مسافت طولانی و زمان سوخت‌ گیری کوتاه خود، توجه را به خود جلب می‌کند.

هیدروژن چیست؟

هیدروژن پاک، ایمن و عملاً نامحدود است. در واقع، فراوان‌ترین عنصر شیمیایی در جهان می باشد و بنابراین همیشه می‌توان آن را به صورت محلی استخراج کرد.  تولید انرژی از هیدروژن نسبت به موتورهای معمولی کارآمدتر می باشد، به این معنی که برای مسافت‌های طولانی‌تر، به سوخت کمتری نیاز است.  وسایل نقلیه هیدروژنی نه مونوکسید کربن CO₂ و نه سایر گازهای مضر، بلکه تنها آب تولید می‌کنند. انرژی حاصله از سوخت هیدروژن در این خودروها به برق تبدیل می شود.

موتور الکتریکی میرای با راندمانی تا ۷۰٪، میزان چشمگیری از انرژی را به نیروی حرکتی تبدیل می‌کند. این وسیله نقلیه دارای یک باتری قدرتمند است که از نیروی محرکه پیل سوختی در هنگام شروع حرکت (استارت) و شتاب‌ گیری (گاز دادن) پشتیبا نی می‌کند.

مصرف ۲۰ درصد سوخت کم ‌تر

نسبت به مدل پیشین تویوتا، نسل سوم تویوتا میرای نه تنها از نظر مصرف سوخت بهینه تر شده بلکه بهره وری آن به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. اما مهم‌تر از همه، بهره‌ وری آن نیز به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

یک باک پر از سوخت در این مدل برای پیمایش ۶۰۰-۶۶۰ کیلومتر کافی است.

موتورهای هیدروژنی در مقایسه با موتورهای معمولی

موتورهای هیدروژنی که با پیل‌های سوختی کار می‌کنند، مزایای متعددی نسبت به موتورهای احتراق داخلی معمولی دارند.  بهترین استدلال برای موتورهای هیدروژنی که بسیار قانع‌ کننده است اینستکه تنها محصول نهایی فرآیند شیمیایی حاصل از سوخت هیدروژن، آب است. انرژی های الکتریکی و گرمایی نیز تولید می‌شود، اما  انتشار آنها هیچ گونه ضرری برای محیط زیست تولید نمی‌ کند.

اینجا در برابر این پرسش که قرار بگیریم که آیا سوخت هیدروژنی یا سوخت برقی انتخاب بهتری برای رانندگی الکتریکی است، خودروهای با سوخت هیدروژنی برنده می شوند.  این خودروها برد قابل توجه بیشتری نسبت به یک خودروی با سوخت کاملاً برقی ارائه می ‌دهند. یکی از نمونه‌های این مزیت، گرمای تولید شده است که می‌تواند برای فرآیندهای گرمایشی در خودروهای هیدروژنی استفاده شود. به عنوان مثال، سوخت هیدروژنی مصرف برق برای گرم کردن صندلی خودرو را کاهش می‌ دهد.  

بسته به اندازه باک هیدروژنی، پشت سر گذاشتن مسافت‌های بیش از ۵۰۰ کیلومتر با هر بار سوخت‌گیری برای خودروهای هیدروژنی مشکلی نخواهد داشت.  یک کیلوگرم هیدروژن تقریباً به اندازه چهار لیتر بنزین یا گازوئیل انرژی تولید می کند.  در مقایسه با خودروهای کاملاً برقی، خودروهای هیدروژنی از نظر مدت زمان سوخت‌ گیری نیز امتیاز کسب می‌کنند. مخزن خودروهای هیدروژنی تنها در سه تا پنج دقیقه می تواند دوباره پر شود.

یکی دیگر از نقاط قوت نیروی محرکه هیدروژنی، راندمان بالای آن است.  در حالی که خودروهای بنزینی و دیزلی به راند مانی میان 30 تا 40 درصد دست می‌یابند، خودروهای هیدروژنی دستکم به 60 درصد بازدهی می رسند.  بنابراین، آنها به طور قابل توجهی کارآمدتر هستند، زیرا در موتورهای معمولی، انرژی اضافی به سادگی به صورت گرما از دست می‌ رود.

سوخت‌گیری

سه مخزن ویژه در زیر خودرو قرار دارند. حسگرها (سنسورها) هرگونه نشتی احتمالی هیدروژن را تشخیص می‌دهند. سپس خودرو به طور خودکار خاموش می‌شود و تمام شیرهای ایمنی بسته می‌شوند. در حین سوخت‌گیری، یک وسیله ایمنی مکانیکی روی لوله پمپ، اتصال بهینه به گردنه پرکننده خودرو را تضمین می‌کند. خودرو از طریق یک حسگر مادون قرمز با پمپ بنزین ارتباط برقرار می‌کند. این امر امکان نظارت مداوم بر دما و سطح سوخت را فراهم می ‌کند.

سوخت هیدروژنی

موتور الکتریکی میرای با راندمانی تا ۷۰٪، مقدار قابل توجهی از انرژی حاصل از سوخت هیدروژنی را به نیروی حرکتی تبدیل می کند. این خودرو دارای یک باتری قدرتمند است که از نیروی محرکه پیل سوختی در هنگام استارت و هنگام شتاب‌ گیری پشتیبانی می‌ کند.

ترمز در خدمت بازسازی

باتری فشار قوی high voltage battery در این خودرو انرژی ترمز را ذخیره می‌کند و از آن در صورت نیاز برای کمک به سیستم محرکه استفاده می‌کند.

وظیفه ای دوگانه: کارآیی و پایداری زیست‌ محیطی

با وجود مزایای فراوان این مدل از خودرو، سختیها و پرسشهای زیادی پیرامون پیشرانه هیدروژنی وجود دارند که نیازمند به پاسخ گویی هستند. پرسش اصلی این است که آب مصرفی در تولید هیدروژن از کجا تامین می شود و چه کیفیتی دارد زیرا نوع هیدروژن مصرفی و اینکه آیا با محیط زیست سازگاری دارد به نوع آب و منابع موثر در تولید آن وابسته است.

از آنجا که ذخایر طبیعی هیدروژن کافی نیستند، تولید آن برای مصرف در خودرو نیاز به استفاده از انرژی دارد. هنگامیکه انرژی لازم از منابع تجدید پذیر تأمین شود، به آن هیدروژن سبز می‌گویند که پاک محسوب می‌شود. در آلمان ایستگاه‌های سوخت (پمپ هیدروژن) که از انرژی سازگار با محیط زیست استفاده می‌کنند، وجود دارند ولی تعدادشان بسیار کم است.

مانع بزرگ و اصلی فراهم آوردن زیرساخت‌های لازم برای سوخت ‌گیری خودروهای هیدروژنی است. با این حال، تعداد جایگاه‌های سوخت‌گیری پیوسته در حال افزایش است و ایجاد زیرساخت ‌های کافی تنها مسئله زمان است. انتظار می‌رود تقریباً ۴۰۰ جایگاه سوخت ‌گیری برای خودروهای هیدروژنی در چند سال آینده ساخته شود. تا آن زمان، سوخت‌گیری یک موضوع استراتژیک است، اما با برنامه ‌ریزی مناسب، به دلیل برد طولانی خودروهای هیدروژنی، این موضوع مشکلی ایجاد نخواهد کرد. 

خاطر نشان سازم که در حال حاضر تعداد خودروهای شخصی ثبت شده در کشور آلمان 49،1 میلیون است و بنابراین اتکای به 400 ایستگاه سوخت گیری در این کشور و تا حدی کافی دانستن آن به شوخی بسیار بی مزه و بی مسئولیت بیشتر شبیه است تا منطق قابل پذیرش، اگر قرار باشد که خودروهای هیدروژنی جای دیگر خودروها را بگیرند. برای قادر بودن به فروش متناسب خودروی هیدروژنی در حد و اندازه ای که هم برای خریدار و هم برای فروشنده و تولید کننده که فروششان به علاقه خریدار وابسته است، دردسری ایجاد نشود، به یک شبکه سوختگیری و سوخت رسانی مناسب و در اندازه کافی نیاز است.

چالش نهایی برای یک جامعه واقعاً مبتنی بر خودروهای هیدروژنی، تأمین مواد اولیه برای پیل‌های سوختی آنهاست. پلاتین به عنوان یک ماده اولیه، کیفیت شیمیایی خوبی دارد اما تهیه آن گران است. پروژه‌های پژوهشی نخستین بر کاهش محتوای این فلز یا جایگزینی آن با چیزهای ارزان ‌تر تمرکز دارند. اینکه این پروژه ها تا چه اندازه موفق بوده اند را کسی تا کنون بصورت رسمی اعلام نکرده است.