كل ما تريد معرفته عن سيارات الهيدروجين

 

يُعد أحد أهم أسباب استخدام سيارات الهيدروجين هو أن «الهيدروجين» هو العنصر الأكثر وفرة على وجه الأرض، والمحركات التي تعمل بهذه المادة موجودة منذ عام 1807. كما أن الهيدروجين هو أيضًا أنظف وقود متاح. ومع ذلك، لم يتم استخدام الهيدروجين على نطاق واسع في عالم السيارات. وتقوم العديد من الشركات المصنعة بتجربة هذه التقنية، وتقوم بعض شركات السيارات بإنتاج أعداد قليلة من السيارات التي تعمل بالهيدروجين، ولكننا لا نزال بعيدين عن رؤية هذا الن"كوع من السيارات يتم إنتاجه بكميات كبيرة.

وفي الوقت نفسه، تستمر مبيعات السيارات الكهربائية في الارتفاع، مع زيادة مبيعات السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات بنسبة 162% سنويًا، وكان ذلك وفقًا لآخر إحصائية حتى نوفمبر/تشرين الثاني من العام 2020 مقارنة بالفترة نفسها قبل 12 شهرًا. مثل هذا الاهتمام يمكن أن يدفع الشركات المصنعة إلى الاستثمار في السيارات الكهربائية بدلًا من التقنيات المتخصصة مثل الهيدروجين.

وهناك سببًا آخر لصعوبة اعتماد مركبات الهيدروجين على نطاق واسع، وهو أن البنية التحتية الحالية ليست جاهزة لتلبية احتياجات هذه المركبات. في بعض البلدان، لا يوجد سوى عدد قليل من محطات تعبئة الهيدروجين، وهي ليست قريبة بما يكفي لتوفير جانب الاعتمادية لدى سائقي السيارات بوجودها، كما هو الحال مع البنزين والديزل.

ومع ذلك، لا يزال من الممكن أن يصبح الهيدروجين جزءًا من صناعة السيارات في السنوات القليلة المقبلة.

كيف تعمل سيارات الهيدروجين؟

في البداية.. ما يجب عليك معرفته بشأن سيارات الهيدروجين، أنها سيارة كهربائية. عندما نفكر في السيارات الكهربائية، فإننا نميل فقط إلى التفكير في السيارات التي تعمل بالبطاريات مثل تيسلا وهي العلامة التجارية الأبرز وغيرها من السيارات الكهربائية الشهيرة، ولكن على الرغم من أنها تعمل بالغاز، إلا أن خلايا هذه السيارات التي تعمل بوقود الهيدروجين، يتم تزويدها بالكهرباء.

الاختلافات بين سيارات الهيدروجين والسيارات الكهربائية:

من البديهي أن خلايا الوقود لديها اختلافات كثيرة عن البطاريات. على سبيل المثال، تقوم بطارية «الليثيوم أيون» العملاقة الموجودة في الجزء الداخلي من سيارة Tesla Model S بتخزين الكهرباء كجهد كهربائي عبر الأنود والكاثود. ولكن في سيارات الهيدروجين، تنتج خلية الوقود الكهرباء من خلال تفاعل كهروكيميائي بين الوقود (الهيدروجين عادة) والأكسجين الموجود في الهواء. أثناء التفاعل، يتحد الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الكهرباء وبخار الماء غير الضار كمنتجات ثانوية. إذا كان هذا التفاعل الكيميائي الأولي كبيرًا بدرجة كافية، فيمكنه تشغيل السيارة بأكملها.

وهذا مشابه لتفاعل الهيدروجين والأكسجين الذي يشغل محركات الصواريخ (ربما تتذكر المريخ). في هذه الحالة، يتم توجيه الطاقة الناتجة عن التفاعل عبر خلية وقود، مما يؤدي إلى إنتاج الكهرباء بدلاً من الانفجار. وفي كلتا الحالتين، تعد خلايا الوقود الهيدروجيني مصدرًا ممتازًا للطاقة للسيارات الكهربائية لأنها تطلق كميات كبيرة من الطاقة دون إنتاج منتجات ثانوية ضارة.

ومن خلال القيام بذلك بشكل عكسي، يمكن إنتاج الهيدروجين نفسه، وهذا ما يسمى التحليل الكهربائي. عند تمرير تيار كهربائي عبر الماء، تقوم الخلايا المائية بتفكيك H2O إلى هيدروجين وأكسجين. ومع ذلك، يتم إنتاج الهيدروجين بشكل شائع على نطاق واسع من الغاز الطبيعي في عملية تسمى إعادة تشكيل بخار الميثان، حيث يتحد البخار ذو درجة الحرارة المرتفعة والضغط العالي مع الغاز الطبيعي لتكوين الهيدروجين.

تنتج هذه العملية بعض ثاني أكسيد الكربون، وبالتالي فإن وقود الهيدروجين نفسه ليس نقيًا بنسبة 100%. ومع ذلك، فهي تقارن بشكل إيجابي مع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصادرة عن المركبات الكهربائية والهجينة التي تعمل بالبطارية، وتتفوق بشكل واضح على أي مركبة تعمل بالوقود الثقيل من حيث التأثير البيئي.

حجم التنافسية بين سيارات الهدروجين والسيارات الكهربائية:

مع ظهور السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات، تواجه صناعة السيارات اثنان من الجوانب السلبية الرئيسية والتي تشكل عبئًا كبيرًا بالنسبة للسائقين، أولهما.. الوقت المستغرق لشحن بطارية السيارة بالكامل والذي قد يمتد لساعات في بعض الحالات (في حالة عدم توفر شاحن سريع)، وثانيهما.. حتى مع بطارية ممتلئة، فإن معظم السيارات الكهربائية، تكافح من أجل السفر نصف مسافة السيارة العادية. خزان كامل من الوقود أيًا كان نوعه.

السيارات ذات المحركات التي تعمل بخلايا الوقود لا تعاني من مشاكل مثل المذكورة في المركبات الكهربائية. يمكن حقن الهيدروجين في خزان وقود السيارة مثل الوقود العادي. تمامًا مثل البنزين أو الديزل، فهو جاهز للتزود بالوقود. بمجرد امتلاء خزان الوقود، يمكن للمركبة التي تعمل بخلايا الوقود أن تعمل مثل مركبة البنزين. على سبيل المثال تتمتع تويوتا ميراي بأقصر مسافة مقارنة بأي سيارة سيدان تعمل بخلايا الوقود في السوق اليوم، مع خزان ممتلئ يبلغ 500 كيلومتر. يعد هذا النطاق أطول بنسبة 50٪ تقريبًا من مسافة 350 كيلومترًا التي يمكن أن تقطعها سيارة Tesla Model 3 الأساسية بشحنة واحدة.

تحديات وعيوب مركبات الهيدروجين..

يجب التغلب على العديد من التحديات التقنية وغيرها حتى تصبح مركبات خلايا الوقود (FCVs، المعروفة باسم مركبات الهيدروجين) بديلاً ناجحًا وتنافسيًا للمستهلكين. التحديات الحالية هي:

تخزين الهيدروجين:

تقوم بعض سيارات الهيدروجين بتخزين ما يكفي من الهيدروجين للقيادة بمسافات بعيدة مثلما تفعل سياراتة البنزين بخزان ممتلئ (حوالي 500 كيلومتر)، لكن أنظمة التخزين الموجودة على متنها لا تزال كبيرة جدًا وثقيلة ومكلفة.

سعر سيارة الهيدروجين:

تعد مركبات الهيدروجين باهظة الثمن حاليًا بحيث لا يمكنها التنافس مع السيارات الهجينة ومركبات البنزين والديزل التقليدية. يحتاج المصنعون إلى خفض تكاليف الإنتاج.

عوامل الاعتمادية والمتانة لسيارات الهيدروجين:

أنظمة الهيدروجين ليست متينة مثل مثيلاتها من السيارات التي تعمل محركات الاحتراق، ولا تعمل بشكل جيد في البيئات القاسية مثل درجات الحرارة المتجمدة.

توصيل الهيدروجين للمستهلكين:

لا يمكن استخدام النظام الحالي المستخدم لتوصيل البنزين من المصافي إلى محطات الهيدروجين المحلية. ويجب إنشاء مرافق وأنظمة جديدة لتصنيع ونقل وتوزيع الهيدروجين على المستهلكين.

التنافس مع التقنيات المختلفة:

ويواصل المصنعون تحسين أداء محركات البنزين والديزل، وأصبحت المركبات الهجينة أكثر شعبية، كما أن التقدم في تكنولوجيا البطاريات يجعل المركبات الهجينة والكهربائية أكثر جاذبية للمستهلكين. ومن أجل البقاء في هذا السوق التنافسي، يجب أن تقدم مركبات الهيدروجين للمستهلكين بديلاً قابلاً للتطبيق، خاصة من حيث الأداء والمتانة والتكلفة.

عامل الأمان:

مثل أي وقود، يشكل الهيدروجين خطرًا على السلامة ويجب التعامل معه بحذر. نحن نعرف كل شيء عن البنزين ومخاطره وكيفية استخدامه بأمان، ولكن العمل بالهيدروجين المضغوط أمر جديد بالنسبة لمعظمنا. ولذلك يحتاج المطورون إلى تحسين أنظمة تخزين الوقود الجديدة وتسليمها للاستخدام اليومي الآمن، ويحتاج المستهلكون إلى التعرف على خصائص الهيدروجين ومخاطره.

التقبل العام:

وأخيرا، فإن تحقيق فوائد تكنولوجيا محرك الهيدروجين يتطلب اعتماد المستهلك لتكنولوجيا محرك الهيدروجين. قد يكون لدى المستهلكين مخاوف بشأن موثوقية وسلامة هذه المركبات، على غرار المركبات الهجينة.