خودروهای سبز یا green vehicle، عنوانی است که امروزه در صنعت خودروسازی به وفور کاربرد دارد. اما باید دید که منظور از این اسم چیست و به چه خودروهایی اطلاق میشود.
این روزها رقابتی شدید بین طرفداران و سازندگان خودروهای برقی، انواع هیبریدی و همچنین دوستداران پیشرانه‌های سوختی است و همین قضیه باعث شده است تا پاک بودن و آلایندگی پایین این خودروها، امتیازی برای ماندگاری آنها در صنعت و تاریخ خودروسازی باشد.
انواع خودروهای سبز
خودروهای پاک و اصطلاحا سبز دارای انواع مختلفی هستند که به خاطر کم بودن و یا صفر بودن آلایندگی تولیدی آنها، به این نام شناخته می‌شوند. خودروهای هیبریدی و پلاگین هیبریدها، خودروهای برقی و الکتریکی، هیدروژنیها و سلول سوختی‌ها، خودروهایی که پیشرانه آنها قابلیت کار با سوخت اتانول را به صورت ۸۵ درصد و یا حتی صد درصد دارد، خودروهای دوگانه سوز که با سوخت LPG کار می‌کنند و یا CNG سوز هستند و در برخی موارد نیز با سوخت LNG سازگارند، دیزلی‌های پاک، بیودیزلی‌ها و… از این دست خودروهای پاک شناخته می‌شوند.
این خودروها در نقاط مختلف دنیا، بازارهای متفاوتی دارند که این وضعیت به شرایط و امکانات آن منطقه و سیاست‌های در نظر گرفته شده، مربوط میشود. برای مثال در آمریکای لاتین، سوخت‌های گیاهی مثل بیودیزل و اتانول دارای طرفداران زیادی است اما در مناطقی از اروپا، سوخت گاز طبیعی و خودروهای هیبریدی و الکتریکی شناخته شدهتر هستند. مثلا در کشورمان به خاطر وجود منابع زیاد گاز طبیعی، سوخت CNG به عنوان یک سوخت جایگزین مطرح شده است و این در حالی است که عرضه خودروهای برقی و هیبریدی میتواند کمک زیادی به کاهش آلودگی شهرها کند که به دلیل عدم عرضه و وارد نشدن انبوه این خودروها، چندان رواج پیدا نکرده‌اند.
خودروهای الکتریکی
یکی از پاک‌ترین خودروهایی که امروزه ساخته می‌شوند و می‌توان امید زیادی به موفقیت و ماندگاری آنها در سال‌های آینده داشت، خودروهای برقی هستند. این روزها در کنار تخفیف‌ها و معافیت‌هایی که برخی از دولت‌های اروپایی و آمریکا برای ترغیب و تشویق مردم به خرید این خودروها می‌کنند، قوانینی نیز برای کم رنگ شدن استفاده از پیشرانه‌های سوختی، تصویب میشود. در خودروهای برقی شاهد هیچ پیشرانه سوختی و فسیلی نیستیم و فقط از مجموعه‌ای باتری و یک یا چند موتور الکتریکی استفاده میشود. باتریها توسط شارژرهای پرقدرت خانگی و یا ایستگاه‌های شارژی که در سطح شهرها و جاده‌ها وجود دارند، پر شده تا برای حرکت دادن خودرو استفاده شوند.
از معروف‌ترین خودروهای برقی این روزها باید به محصولات تسلا اشاره کرد که در مدلهای مختلفی تولید میشود و رکورد فروش خودروهای برقی را در دست دارند. امروزه وسایل نقلیه برقی در انواع مختلفی از کامیون و اتوبوس تا خودروهای سواری، وانت بار، شاسی بلند، موتورسیکلت و حتی دوچرخه در حال تولید هستند. شاید جالب باشد بدانیم حتی مسابقات فرمول E نیز با خودروهای تمام برقی و در سطحی بالا، برگزار میشود. از معروف‌ترین خودروهای برقی می‌توان به نیسان لیف، سری محصولات تسلا، هیوندای ایونیک، پورشه تایکان، ماستنگ مکای، شورلت بولت و… اشاره کرد. متاسفانه با وجود اینکه در دهه هفتاد شمسی و در زمانی که بسیاری از کشورها هنوز خودروهای برقی نداشتند، اتوبوس‌های برقی در تهران مشغول جابجایی مسافرین بودند اما خودروهای تمام برقی در کشورمان عرضه نشده‌اند و این در حالی است که می‌توان با عرضه انبوه آنها، کمک زیادی به آبی شدن آسمان شهرها کرد.
چرا هیبریدها مهم اند؟
هیبریدیها از محبوبترین خودروهای پاک در این روزها هستند چرا که هم لذت سواری یک خودرو سوختی را دارند و هم مصرف و آلایندگی کم یک خودرو الکتریکی. ضمن اینکه چون با دو انرژی برق و سوخت فسیلی کار می‌کنند، برد عملیاتی آنها نسبت به خودروهای بسیاری از خودروهای برقی و یا فقط سوختی، بیشتر است.به معنی دوگانه بودن نیروی پیش برنده در این خودروهاست. هرچند می‌توان به هر خودرویی که با دو انرژی مختلف مثل گاز و سوخت بنزین یا دیزل کار می‌کند، عنوان هیبریدی را داد اما در دنیای خودرویی به آنهایی که با دو انرژی الکتریکی و سوخت فسیلی حرکت می‌کنند، هیبریدی گفته میشود. خودروهای هیبریدی به دو دسته کلی تمام هیبریدیها یا full hybrids و نیمه هیبریدیها یاMild hybrids که هیبرید ملایم نیز نام دارند، تقسیم می‌شوند.
در حالت تمام هیبرید بسته به نوع و نحوه قرارگیری و چگونگی شارژ شدن باتریها، چهار دسته پلاگین هیبرید، هیبریدهای سری و موازی و همچنین ترکیب سری موازی را داریم. فرق کلی نیمه هیبریدیها با تمام هیبریدی در این است که در خودروهای نیمه هیبریدی امکان حرکت خودرو فقط با موتور الکتریکی وجود ندارد و سیستم برق و باتری و موتور الکتریکی برای کمک به پیشرانه درون سوز، است.
در این سیستم، یک موتور الکتریکی با ابعادی بزرگتر از استارتر پیشرانه، هم وظیفه کمک به پیشرانه خودرو را دارد و هم نقش استارتر را بازی می کند. ضمن اینکه مثل خودروهای فول هیبرید، در زمانهایی مثل حرکت در سرازیری، ترمزگرفتن، توقف‌ها و… برای شارژ باتریها وارد عمل میشود.
این خودروها از تعداد اندکی باتری استفاده میشود که ولتاژ آن ها ۱۲ ولت، ۲۴ یا ۴۸ ولتی هستند.
انواع خودروهای هیبرید
خودروهای تمام هیبرید به سه نوع کلی موازی و سری و ترکیبی تقسیم می‌شوند. در نوع موازی، موتور الکتریکی در موازات پیشرانه قرار دارد. به این معنی که هم موتور الکتریکی و هم موتور سوختی، می‌توانند در حرکت خودرو به طور همزمان و یا مستقل از هم عمل کنند. این روش قرارگیری موتور الکتریکی و موتور سوختی، باعث شده است که از موتورهای برقی با توان نه چندان بالا در این خودروها استفاده شود و همچنین ظرفیت باتریهای این خودروها نیز پایین‌تر باشد. اما در مدلهای سری، موتور سوختی فقط برای تولید برق برای موتور الکتریکی و شارژ باتری هاست و از آن برای حرکت رو به جلو خودرو استفاده نمی‌شود. از این رو این خودروها مصرف سوخت بسیار کمی دارند و چون باتریهای بزرگ‌تری در آن قرار داده شده است، قیمت بالاتری نیز دارند.
اما مدل ترکیبی از سری و موازی نیز وجود دارد که معایب این دو سری را نداشته و مزایای آنها را دارد. به این صورت که در سرعت‌های کم و در زمانی که نیازی به موتور سوختی نیست، حرکت خودرو با موتور برقی انجام می شود. اما در مواقعی مثل شتاب گیری، حرکت در سربالایی‌ها و… که نیاز به موتور سوختی هست، پیشرانه سریعا روشن شده و به کمک موتور برقی میآید. همچنین در مواقعی که نیاز به شارژ باتریها باشد، این کار توسط موتور سوختی انجام میشود.
در خودروهایی که از نوع پلاگین هیبرید یا اختصارا PHEV هستند، امکان شارژ باتری از طریق ایستگاه‌های شارژ باتری مثل چیزی که ما در جایگاه‌های عرضه بنزین و گازوییل می بینیم نیز وجود دارد. این کار علاوه بر سیستم شارژ باتری به کمک موتور درون سوز و ژنراتور متصل به آن است. همین ویژگی سبب میشود تا در بسیاری از موارد، نیاز به کارکردن موتور درون سوز برای شارژ باتری کمتر شود و در نتیجه این دسته از خودروها در عین داشتن کاربری و قدرت مانور بالا، آلایندگی اندکی برای محیط زیست داشته باشند.
امروزه خودروهای پلاگین هیبرید به غیر از خودروهای سواری، در انواع وسایل نقلیه سنگین و تجاری شامل ون‌ها، مینی بوس، اتوبوس، ترن و قطار، موتورسیکلت و دوچرخه‌های موتوردار نیز ساخته می‌شوند.
قابل ذکر اینکه در تمام مدلهای هیبریدی، از نیروی ترمز برای شارژ باتریها استفاده میشود تا به این شکل هم استهلاک و مصرف لنت‌ها و بخش ترمز خودرو کم شود و هم از یک نیروی در حال هدر رفت برای شارژ باتریها استفاده شود. روش کار به این شکل است که در زمان ترمزگیری، ژنراتور در نظر گرفته شده برای شارژ باتریها که به طور غیرمستقیم به محور چرخها متصل است، وارد مدار میشود. از انرژی حرکتی چرخها برای حرکت ژنراتور استفاده میشود که به این ترتیب باعث کاهش سرعت دورانی آنها خواهد شد.
هیدوژنی ها چگونه عمل می کنند؟
خودروهای هیدروژنی که به نام پیل سوختی و سلول سوختی نیز نامیده می‌شوند، از فعل و انفعالات شیمیایی روی هیدروژن و استخراج انرژی الکتریکی از این فعالیت شیمیایی، استوار هستند. به طور ساده می‌توان گفت، هیدروژن باید با اکسیژن ترکیب شود تا از این پیوند شیمیایی، آب و جریان الکتریسیته آزاد شده و این جریان الکتریسیته در موتور الکتریکی برای حرکت خودرو، به کار رود. به همین خاطر از خودروهای هیدروژنی به خاطر اینکه از اگزوز آنها فقط بخار آب خارج میشود، خودروهایی با آلودگی صفر یاد نام دارند، هرچند که برای تولید هیدروژن مورد نیاز این خودروها، آلودگی زیادی تولید خواهد شد.
امروزه یکی از رقیبان خودروهای برقی دارای باتری، خودروهای پیل سوختی هستند. یک امتیاز بزرگ خودروهای هیدروژنی در پر کردن سریع مخزن هیدروژن است که در عرض چند دقیقه انجام میشود و از این نظر با خودروهای بنزینی و دیزلی برابر است. در حالی که پرکردن باتریها در خودروهای برقی به چندین ساعت زمان نیاز دارد. اما در حالی امکان شارژ کردن باتری خودروهای برقی در خانه نیز ممکن است، این امتیاز برای خودروهای سوختی وجود ندارد. ضمن اینکه در حالی که می‌توان با خودرو سوختی، مسافت بیشتری را پیمود اما در مقابل برای تولید گاز هیدروژن که روش‌های مختلفی دارد، کربن زیادی وارد جو میشود که منجر به آلودگی شده و همچنین هزینه تولید و بهره برداری سیستم های مربوط به این خودروها نیز بالا است.
امروزه و در سال ۲۰۲۱، فقط دو خودرو تویوتا میراژ و هیوندای نکسو در این رده باقی مانده‌اند و برخی شرکت‌های فعال در این صنعت مثل بی ام و و فولکس واگن با بیان این حقیقت که هزینه‌های جاری و عملیاتی یک خودرو هیدروژنی، سه برابر یک خودرو برقی است، از این بخش از خودروهای پاک، خداحافظی کردند.
بیودیزلی ها چگونه عمل می کنند؟
بیودیزل سوخت مجزایی نیست و باید با دیزل یا همان گازوییل مخلوط شود تا امکان استفاده از آن در خودروهای دیزلی ممکن باشد. چرا که کمتر پیشرانهای امکان کار با بیودیزل خالص را دارد. این سوخت از منابع طبیعی نظیر روغن‌های گیاهی، روغن های مانده غذایی، چربی حیوانات و همچنین جلبک‌ها به دست میآید و با ترکیب ۱۰ درصدی با گازوییل همراه میشود. نتیجه استفاده از این سوخت، تولید کمتر دی اکسیدکربن و تولید بسیار اندک ذرات گوگرد و اکسید نیترات است که از خطرناک‌ترین محصولات حاصل از احتراق در پیشرانه‌های دیزلی به شمار میآید. همچنین آلودگی‌های هیدروکربنی کمتری داشته و ذرات معلق و دوده بسیار کمی وارد جو می‌کند که همین موارد باعث شده است از این سوخت به عنوان یکی از بهترین و پاک‌ترین منابع انرژی یاد شود. از این سوخت در خودروهای تجاری، قطارها و حتی صنایع هوایی و دریایی نیز استفاده میشود.
نحوه عملکرد گاز طبیعی در خودرو
یکی از پاک‌ترین سوخت‌های جایگزینی در دنیا، گاز طبیعی است که به دو صورت گاز یا CNG و مایع یا LNG در صنایع خودرویی و حمل و نقل استفاده میشود. قابل ذکر است که گاز مایع LPG در دنیای خودرو به هیچ وجه کاربردی به اندازه گاز طبیعی ندارد و چون هزینه‌های تولید آن کمتر از بنزین نیست، چندان صرفه اقتصادی نیز نخواهد داشت. گاز طبیعی امروزه در وسعت نسبتا زیادی در برخی مناطق دنیا مثل چین، برزیل، ایتالیا، آرژانتین، ایران، پاکستان و هند استفاده میشود.
تا پایان سال ۲۰۱۹ در حدود ۲۵ میلیون خودرو گازسوز در دنیا وجود داشته است که سهم کشورمان بیش از ۴ میلیون دستگاه برآورد میشود که به این معنی است که کشورمان بعد از چین، بیشترین خودرو گازسوز دنیا را دارد. باید بدانیم که امروزه شرکت های سنگین ساز معتبری مثل ولوو و ایویکو نیز در حال ساخت کامیون و کشنده‌های گازسوز هستند که با سوخت گاز طبیعی مایع یا LNG کار می‌کنند.
نحوه عملکرد خودروهای اتانولی
امروزه اتانول به عنوان یکی از سوخت های جایگزین و البته نسبتا پاک مطرح است. سوختی که بیشتر به صورت E85 به معنی ترکیبی از ۸۵ درصد اتانول به همراه ۱۵ درصد بنزین، شناخته می شود و گاهی مواقع در برخی از نقاط دنیا مثل برزیل که تولید بالایی از اتانول را دارد، به صورت E100 نیز دیده می شود. یک امتیاز بزرگ این سوخت، امکان کار اکثر پیشرانه‌های بنزین سوز با آن است. به این معنی که چون یک سوخت جایگزین است، نیازی به طراحی پیشرانه برای هماهنگی با این سوخت نیست.
ضمن اینکه چون عملکردی شبیه به بنزین با اکتان ۱۰۰ و ۱۰۵ دارد، قدرت تولیدی در پیشرانه نیز بالاتر خواهد بود.
سوخت و ساز بهتر در پیشرانه نیز به معنی مصرف سوخت کمتر و در نهایت، آلایندگی پایین تر است. اما در مقابل این سوخت، معایبی نیز دارد. برای مثال، عرضه اتانول مورد نیاز برای خودروها به معنی نابودی محصولات مزارع پهناور ذرت است. مزارعی که در حجم بسیار زیاد باید کشت شوند و این به معنی نابودی غذای انسان‌ها در جهت راه اندازی خودروهاست. همین قضیه معایب دیگری مثل مصرف آب، استفاده زیاد از آفتکشها و کودهای شیمیایی، تبدیل جنگلها به مزارع کشت ذرت و حتی نیاز به سیستم بزرگ حملونقل ذرت تا تبدیل آن به سوخت را دارد که خود آلودگی به همراه خواهد داشت. امروزه عرضه رسمی سوخت E85 در بسیاری از نقاط دنیا انجام میشود. برای مثال در آمریکا در حدود ۲۰ میلیون دستگاه خودرو سازگار با سوخت E85 وجود دارند که در حدود ۲۷۰۰ جایگاه، به عرضه سوخت آنها مشغول هستند.
نویسنده: علیرضا داوودی
امیر احسان من نابغه ی این ماشینهاست