سوخت هیدروژنی به عنوان انرژی پاک

این روزها بحث عنصر شیمیائی هیدروژن به عنوان منبع بدیل انرژی که بتواند باعث کاهش انتشار کربن داغ است. هیدروژن به خصوص می‌تواند در صنایعی که مصرف بالای کربن دارند مثل حمل و نقل دریایی و زمینی و همچنین تولید برق، نقش‌آفرین شود. در حال حاضر، استفاده گسترده از هیدروژن مقرون به صرفه نیست و هنوز باید بررسی‌های زیست‌محیطی بیشتری انجام شود که بستگی به چگونگی ایجاد این ماده هم دارد.

نکته قابل توجه این‌جا است که در ماه‌های گذشته کشورهایی که دیدگاه‌های بسیار متفاوتی در مورد مسائل اقلیمی و انرژی دارند، اقداماتی برای ارائه هیدروژن به عنوان منبعی از انرژی پاک و فرصتی برای ایجاد شغل انجام داده‌اند. هنوز تا ورود هیدروژن به بستر اصلی خیلی مانده است اما برخی تحلیل‌گران باور دارند این ماده اکنون راه انرژی خورشیدی را پر می‌کند و می‌تواند تا سال ۲۰۵۰ حدود ۲۴ درصد انرژی جهان را تامین کند.

 طبق آمار وب‌سای خبری آکسیوس، از ۵۴ میلیارد دلار بودجه انگیزش اقتصادی که در سطح جهان (بیشتر اروپا) به انرژی پاک اختصاص داده شده ۱۹ میلیارد دلار آن مربوط به هیدروژن است. اتحادیه اروپا در ماه های گذشته پرده از استراتژی خود در زمینه تولید هیدروژن سبز، یعنی هیدروژنی که با انرژی‌های تجدیدپذیر ایجاد شده باشد، برداشت. هدف این است که تا سال ۲۰۲۴ شش گیگاوات الکترولیزر برپا شود که بتواند تا سقف یک میلیون تن هیدروژن سبز ایجاد کند. در حال حاضر اتحادیه اروپا حدود یک گیگاوات الکترولیزر فعال دارد. این اتحادیه می‌خواهد تا سال ۲۰۳۰، چهل گیگاوات الکترولیزر درون مرزهای خودش داشته باشد و ۴۰ گیگاوات دیگر هم در کشورهای نزدیک (مثل شمال آفریقا) با توانایی صادرات به اروپا. سیاستگزاران اتحادیه اروپا هیدروژن را ابزاری ضروری در تلاش برای کربن‌زدایی از بخش صنعت و حمل و نقل می‌دانند. همه این‌ها بخشی از تلاش اروپا است که تا سال ۲۰۵۰ به اقتصادی با میزان انتشار خالص صفر برسد.

هیدروژن، سوخت فردا

راه دیگری که برای دراز مدت در نظر گرفته شده ، استفاده از هیدروژن در موتورهای پیل سوختی و هیدروژنی است که خروجی آن تنها آب است. در خودروهای پیل سوختی از واکنش هیدروژن و اکسیژن، برق تولید و از برق تولیدی نیز برای به حرکت در آوردن چهار الکتروموتور استفاده می‌شود و خروجی سیستم نیز آب است.

استفاده از باتری یون لیتیم

در بعضی موارد ، نیروی محرکه خودرو از یک باتری یون لیتیم تامین می‌شود که شارژ آن توسط مولد پیل سوختی انجام و سوخت مولد پیل سوختی نیز با توجه به تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن تامین می‌شود. هم اکنون بزرگترین مشکل این خودروها ، سختی تهیه هیدروژن و تاسیسات آن و همچنین مشکل بودن ذخیره آن و گران بودن پیل‌های سوختی است.

استفاده از موتورهای درون سوز

نوع دیگر استفاده از سوخت هیدروژن، موتورهای درون سوز با سوخت هیدروژن است. شرکت بی.ام.و به‌تازگی خودروهای هیدروژنی را که با موتور احتراق داخلی کار می‌کند، ساخته است. مهندسان این شرکت در این خودرو هیدروژنی با یک آرایش خورجینی دارای ‌۱۲ سیلندر توانستند با به‌کارگیری سوخت هیدروژن ‌۲۸۵ اسب بخار قدرت تولید کنند.

این خودرو جدید بی.ام.و در آخرین رکوردگیری توانسته به سرعت ‌۳۰۲ کیلومتر بر ساعت دست یابد. موتور جدید H2R بر مبنای موتور احتراق داخلی بی.ام.و سری ‌۷ ساخته شده و برای افزایش راندمان در این موتور از زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها استفاده شده است. البته به دلیل نوع سوخت هیدروژن و حالت گازی آن ، تغییراتی در سیستم سوخت‌رسانی این خودرو ایجاد شده است.

شرکت بی.ام.و قصد دارد بر اساس تجربیات بدست آمده در مدل H2R گونه‌ای از خودروهای خود را که هم توانایی کارکرد بر روی هیدروژن و هم توانایی کارکرد با بنزین را دارند، بسازد؛ اما هنوز تا همه گیر شدن هیدروژن راه درازی باقی است؛ چرا که هیدروژن به‌صورت عنصر یافت نمی‌شود، به همین دلیل یا می‌توان آن را با الکترولیز آب و یا از هیدروکربنها بدست آورد که تهیه و ذخیره آن پروسه‌ای پر خرج است. از طرفی سامانه‌هایی که می‌توانند انرژی هیدروژن را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند، پر خرج است و به همین دلیل از این سوخت به‌عنوان سوخت ۲۰ سال آینده خودروها یاد می‌شود.

بازار خودروهای هیدروژنی

از سال ۲۰۲۰ به‌تدریج استفاده از خودروهای هیدروژنی در جهان آغاز و در سال ۲۰۵۰ به سوخت اول تبدیل می‌شود. البته با گران شدن بهای نفت ، کمی‌ این زمان جلوتر آمده است. ولی این سوخت نیز با پیچیدگی‌های زیادی روبه‌رو است؛ چراکه باید آن را تا منفی ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد سرد کرد و از طرفی تهیه و ایجاد زیرساخت‌های آن نیز بسیار گران است.

بر اساس بررسی‌های انجام شده درباره سوخت هیدروژن، استفاده از آن در خودروهای پیل سوختی بسیار محتمل‌تر از استفاده در موتورهای احتراق است، چراکه با استفاده در پیل سوختی و تهیه برق و استفاده برق در الکتروموتورها که راندمان آن بسیار بالاتر از موتورهای احتراق داخلی است، خودروهای پیل سوختی شانس بیشتری دارند.

شاید این مطلب برایتان جالب باشد: مواد بدبو در آزمایشگاه

نروژ پیشرو در استفاده از خودروهای برقی

یکی از مهم‌ترین دلایلی که نروژ تاکنون در فروش خودروهای برقی پیشرو بوده، اهداف بلندپروازانه دولت برای به صفر رساندن انتشار گازهای گلخانه‌ای تا سال ۲۰۲۵ است. دولت‌های ایرلند و بریتانیا هم قصد دارند این برنامه را به ترتیب تا سال‌های ۲۰۳۰ و ۲۰۱۴ اجرایی کنند. اقدامات تشویقی از جمله معافیت‌های مالیاتی، معافیت از پرداخت عوارض و مشوق‌های دیگر تاثیر قابل توجهی بر افزایش خرید و استفاده از خودروهای برقی در این کشور داشته است. همه این ها نروژ را به سومین بازار بزرگ خودروهای برقی پس از چین و ایالات متحده آمریکا تبدیل کرده است. در حالی که چین از نظر فروش خودروهای برقی در جهان رتبه نخست را به خود اختصاص داده، اما از نظر سهم خودروهای برقی از بازار خودرو، در مقام ششم ایستاده است.

اولین خودروی شاسی‌بلند دنیا که از سوخت «پاک» هیدروژن استفاده می‌کند، در چند سال آینده به دست مشتریان خواهد رسید. «اینیوس گرنادیر»، خودرویی که یادآور لندروورهای سنتی است، از اولین ماشین‌هایی است که به فناوری سلول سوخت هیدروژنی مجهز خواهند شد. این گامی دیگر است در مسیر آشنای خودروهای برقی که با باتری کار می‌کنند، اما نیازی به شارژ با کابل ندارد و می‌تواند در حال حرکت برق تولید کند.

دو غول صنعتی هیوندای و اینیوس، که به طور سنتی در زمینه موتورهای درون‌سوز و سوخت‌های هیدروکربنی و مواد شیمیایی فعالیت دارند، بر اساس تفاهمنامه‌ای تاریخی، می‌خواهند به فناوری‌های سبزتر رو بیاورند. هیوندای در کره جنوبی، بیش از نیم قرن تجربه در خودروسازی دارد و یکی از بزرگ‌ترین گرو‌ه‌های خودروساز کنونی دنیا است. هیوندای در سال‌های اخیر مانند تویوتا و هوندا مشغول تکمیل سلول‌های سوخت هیدروژنی به عنوان جایگزین یا مکملی برای باتری‌هایی است که خودروهای برقی امروزی را به حرکت در می‌آورند.

اینیوس، شرکت شیمیایی مستقر در بریتانیا، هم‌اکنون یکی از تولیدکننده‌های عمده هیدروژن به عنوان محصول جانبی است. تکمیل سلول‌های سوخت داخل خودرو، بازار بزرگی برای گاز هیدروژن به وجود خواهد آورد. اما تولید و انتقال این سوخت – و در دسترس بودنش برای مشتریان – تا کنون مشکلی عمده بوده است. در سراسر بریتانیا، تعداد ایستگاه‌های سوخت‌رسانی هیدروژن انگشت‌شمار است.

هدف نهایی این است که هیدروژن در نزدیکی جایگاه‌های سوخت و با استفاده از انرژی خورشیدی یا یک منبع تجدیدپذیر دیگر تولید شود. این چالش‌ها، در طرح ده ماده‌ای دولت بریتانیا برای «انقلاب صنعتی سبز» هم ذکر شده‌اند. افزون بر اینیوس گرندادیر، مجموعه خودروهایی از شرکت هیوندای و زیرمجموعه آن کیا، از سیستم انتقال قدرت جدید برخوردار خواهند شد. مدل‌های دیگر از نیروی سنتی‌تر بنزین، گازوئیل، هایبرید و باتری استفاده خواهند کرد. در ابتدا قرار بود گرنادیر در ولز تولید شود، اما به نظر می‌رسد که حالا محل تولیدش کارخانه ساخت «اسمارت کار» در فرانسه خواهد بود. با توجه به هزینه بالای پژوهش و توسعه، فناوری هیوندای/اینیوس را می‌توان تحت امتیاز، به خودروسازهای دیگر هم منتقل کرد.