خودروی هیدروژنی، نسل آینده خودروها
بهنوش خرم‌روز: کودکانی که امروز به دنیا می‌آیند، می‌توانند در بزرگسالی خودروهایی را برانند که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. جرج بوش در سال 2003/ 1380 با تخصیص 2/1 میلیارد دلار به پروژه سوخت هیدروژنی این وعده را داد.
اما به گزارش نیچر، کم‌کم با مطرح شدن سوخت‌های زیستی و خودروهای برقی، که به نظر ارزان‌تر و در دسترس‌تر می‌رسیدند، توجه به سوخت هیدروژنی کمتر شد. با اظهارات سال گذشته استیون چو، وزیر انرژی آمریکا و برنده جایزه نوبل فیزیک در مورد موانع موجود بر سر راه ابتکار هیدروژن، رسیدن به این سوخت دست‌نیافتنی‌تر به نظر رسید. بر اساس اظهارات وی، تولیدکنندگان خودرو هنوز به یک باتری قوی، بادوام و ارزان و نیز یک روش مناسب برای ذخیره حجم زیادی از هیدروژن برای مسافت‌های طولانی نرسیده‌اند. همچنین استفاده از هیدروژن نیاز به یک زیرسازی توزیع جدید دارد. علیرغم همه این‌ها، اگر بخواهیم واقعا به فکر گازهای گلخانه‌ای باشیم، باید به راه دیگری غیر از گاز طبیعی برای گرفتن هیدروژن فکر کنیم.
چهار ماه بعد، در ماه می/ اردیبهشت گذشته آقای چو اعلام کرد که ابتکار هیدروژن از بودجه آینده حذف خواهد شد و هزینه‌ها صرف سوخت‌های زیستی و باتری‌های الکتریکی خواهد شد.
اما در بررسی‌هایی که برای اختصاص بودجه صورت گرفت، حتی بسیاری از تولیدکنندگانی که انرژی زیادی را صرف سوخت‌های زیستی و باتری‌های الکتریکی کرده بودند، اعتراف کردند که ابتکار هیدروژن پتانسیل‌هایی در درازمدت دارد که قابل انکار یا به دست آوردن با روش‌های دیگر نیست. در نهایت، کنگره آمریکا تصمیم گرفت که سخنان چو را نادیده بگیرد و بودجه را قطع نکند.
در ماه سپتامبر/ شهریور گذشته، 9 تولیدکننده بزرگ خودرو، دایملر، فورد، جنرال موتورز، هوندا، هیوندای، کیا، رنو، نیسان و تویوتا، بیانیه‌ای را به طور مشترک امضا کردند که بر اساس آن تا سال 2015/ 1394 به خودروهای هیدروژنی دست یابند. روز بعد از این قرارداد، دایملر با دو شرکت بزرگ انرژی، شل و وتنفال برای ساخت زیرساخت‌های هیدروژنی در آلمان قرارداد بست.
این تصمیم مخالفت‌ها و موافقت‌های زیادی را به دنبال داشت و احتمالا زمان نتیجه را مشخص خواهد کرد. در اینجا به بررسی چهار مانع بزرگی که چو اعلام کرده بود، خواهیم پرداخت. برای تماشای عکس بزرگ، اینجا را کلیک کنید.
پیل سوختی
در تئوری، این باتری باید اکسیژن را از هوا و هیدروژن را از مخزن گرفته، با یک واکنش کنترل‌شده آنها به آب و انرژی تبدیل کند. آب به صورت بخار خارج شده و انرژی صرف به کار انداختن موتور الکتریکی خواهد شد.
اما در عمل، موضوع خیلی پیچیده‌تر است. واکنش کنترل‌شده نیاز به چیدمان خاصی از لوله‌ها، غشاها و کاتالیزورها دارد. تازه همه این‌ها باید در یک خودروی سبک و ارزان و مقاوم جای بگیرند و آن‌قدر انرژی تولید کنند که سرعت بالا و استفاده از نور، رادیو، ضبط، تهویه و ... را تامین کنند.
ده سال پیش نگرانی‌ها بیشتر هم بود، مثلا این که در هوای سرد، آب خروجی یخ نزند. اما حالا سیستم اگزوز خودروی جنرال موتورز قرار است تا دو دقیقه بعد از خاموش کردن خودرو کار کند و همه بخار را خارج سازد. اما تویوتا گفته از فناوری جدیدی استفاده می‌کند که باعث می‌شود خودرو در دمای 37- درجه هم روشن شود.
همچنین تولیدکنندگان در حال کاهش نیاز به کاتالیزورهای گران‌قیمت هستند. تخمین زده شده که بین سال‌های 2002/ 1381 و 2008/ 1387 قیمت این باتری‌ها تا 75 درصد کاهش یافته است. رقم شگفت‌آوری است نه؟
مخزن هیدروژن
در ژوئن 2009/ خردادماه گذشته، مهندسین تویوتا به همراه ناظرین دولتی، با استفاده از یک مخزن هیدروژنی توانستند در ترافیک معمول، 533 کیلومتر برانند که این رقم به 693 هم می‌تواند برسد.
اما تا چند سال پیش، ذخیره هیدروژن مشکل بزرگی بود. ذخیره آن به شکل گاز نیاز به مخازن بزرگ و احمقانه‌ای داشت که نمی‌شد روی خودرو نصب کرد. فشرده کردن آن هم نیاز به یک مخزن خیلی قوی و احتمالا سنگین داشت. هیدروژن مایع را هم تنها در دمای 253- درجه می‌توان نگه داشت!
در نهایت اما یک روش جایگزین برای فشرده‌سازی پیدا شده؛ مخازن فیبر کربنی که با وزن کم می‌تواند با فشار 680 اتمسفر، هیدروژن را ذخیره کند. همچنین اغلب شرکت‌ها به سیستم احیا در زمان توقف روی آورده‌اند که در زمان توقف، باتری‌ها را شارژ می‌کند، سیستمی که هم‌اکنون در خودروهای برقی به کار می‌رود.
در حقیقت، چون خودروهای هیدروژنی هم از موتور برقی استفاده می‌کنند، سیستم‌های این دو خودرو بسیار با هم مشترکند. در حقیقت تفاوتشان تنها در منشا انرژی است؛ هیدروژن و باتری‌های یون لیتیوم.
زیرساخت‌های توزیع
همه خودروها نیاز به تجدید سوخت دارند. اما این مسئله مانند مثال مرغ و تخم‌مرغ است؛ مردم تا وقتی جایگاه‌های سوخت هیدورژنی نباشند، خودروی هیدروژنی نمی‌خرند. اما هیچ‌کس هم تا وقتی خودروهای هیدروژنی زیادی دست مردم نباشد، برای چنین جایگاهی سرمایه‌گذاری نمی‌کند.
پمپ‌های هیدروژن، مثل بنزین نیست، نیاز به یک سیستم بسته و بدون درز برای انتقال به مخزن خودرو دارد و به علاوه، نیاز به پمپ‌های بسیار قوی دارد که هیدروژن را تا رسیدن به فشار لازم در مخزن جای بدهد.
در حال حاضر در برخی جایگاه‌های بنزین آمریکا، پمپ‌های هیدرونی نصب شده‌اند و قرار است تا دهه آینده برای مثال 1000 جایگاه در آلمان ساخته شود. به هر حال، نصب جایگاه‌های هیدروژن، پروژه ارزان‌قیمتی نیست!
تولید هیدروژن
از منظر محیط زیست، مهم ترین سوال این است که هیدروژن مصرفی از کجا تامین خواهد شد. در حال حاضر ارزان‌ترین راه به دست آوردن هیدروژن، واکنش شیمیایی بخار و گاز طبیعی است، که دی‌اکسید کربن آزاد می‌کند و در واقع فلسفه ابداع خودروی هیدروژنی را زیر سوال می‌برد!
شرکت انرژی وتنفال در حال حاضر با نصب تجهیزات در هامبورگ، می‌خواهد از انرژی باد برای جدا کردن مولکول‌های آب استفاده کند. با این حال باد خیلی هم قابل اعتماد نیست! به همین دلیل برای استفاده از این روش باید توربین‌های بادی فراوانی را در نقاط مختلف نصب کرد. اما در این صورت هم، اگر باد شدیدی در نقاط متعددی بوزد، نیروی تولید شده بیشتر از حدی خواهد بود که تجهیزات از عهده‌اش بربیاید و باید بعضی توربین‌ها را بست. به علاوه مسئله هزینه‌ها مطرح است.
سازگاری
به هر حال، حتی اگر تا 2015/ 1394 هم این خودروها به بازار بیایند، شاید تا دو دهه طول بکشد که سیر تحولی خود را طی کنند و واقعا انقلابی در صنعت خودرو به وقوع بپیوندد. با این وجود، شرکت‌هایی مثل تویوتا این روند را مدتی است که انتخاب کرده‌اند، در حالی که فورد و بی.ام.و عجله‌ای در این زمینه نشان نداده‌اند. باید دید در آینده خودروهای برقی موفق‌تر خواهند بود یا خودروهای هیدروژنی.
