نحوه آب‌ سوز کردن خودروها

وقتی صحبت از منبع انرژی جایگزین برای موتورها می‌شود، ذهن عموم مردم به سمت باتری‌های سوخت سلولی می‌رود. با این حال، کارشناسان و خودروسازان بزرگی همچون کمپانی بی ام و معتقدند که آب‌ سوز کردن خودروها نتیجه بخش‌‌تر خواهد بود. اما این تکنولوژی چگونه عمل می‌کند؟ چه نکات مثبت و منفی دارد؟ هزینه آن چقدر است و اصلا این موضوع از چه سالی در ایران و جهان امکان پذیر است و کدام شرکت‌ها قادر به اعمال این اقدام هستند؟

آلاینده‌ها و سر و صدای کمتر موتور، از ویژگی‌های مثبت این تکنولوژی هستند. در رابطه با خودروهای الکتروموتور و برقی برخی به فکر خودروهایی با باتری بزرگ می‌افتند که برای شارژ کردن آن‌ها، از یک پریز برق دیواری استفاده می‌شود، می افتند. این درحالی است که فناوری‌های به روز دیگری نیز از جمله راه‌های جایگزین برای کوتاه کردن مدت زمان شارژ وجود دارد. تکنولوژی که می‌خواهیم درباره آن صحبت کنیم، موتورهای آب سوز یا خودروی الکتریکی سلول سوختی (FCEV) نام دارد.

۱. عملکرد یک موتور آب سوز چگونه است؟

خودروهای سلول سوختی هیدروژن توسط موتور الکتریکی تغذیه می‌شوند، به همین دلیل آ‌ن‌ها را به عنوان خودروهای الکتریکی طبقه‌بندی می‌کنیم که مخفف نام آن FCEV بوده و در مقابل BEV (خودروهای الکتریکی که با باتری کار می‌کنند) قرار می‌گیرد. یک تفاوت اساسی بین خودروهای سوخت هیدروژن و سایر وسایل نقلیه برقی وجود دارد – اتومبیل‌های هیدروژنی خود برق تولید می‌کنند.

بنابراین، بر خلاف خودروهای هیبرید، کاملاً برقی یا پلاگین، وسیله نقلیه قدرت خود را از باتری داخلی که برای شارژ شدن نیاز به منبع خارجی دارد، دریافت نمی‌کند. در مقابل، خودروهای هیدروژنی قدرت لازم را از سوخت سلول می‌گیرند. همچنین در سلول سوختی FCEV، هیدروژن و اکسیژن انرژی الکتریکی تولید می‌کنند که این انرژی به طور مستقیم به موتور الکتریکی و یا باتری هدایت می‌شود.

تکنولوژی سلول سوختی، فرآیندی به نام الکترولیز معکوس صورت می‌گیرد که در آن هیدروژن با اکسیژن موجود در سلول سوختی واکنش نشان می‌دهد. هیدروژن از یک یا چند مخزن ساخته شده در FCEV و اکسیژن از هوای اطراف تامین می‌شود. نتیجه این واکنش، انرژی الکتریکی، گرما و آب است که از طریق اگزوز به شکل بخار آب خارج می‌شود. بنابراین این خودروها هیچ گونه آلودگی ندارند.

برق تولید شده در سلول سوخت موتور هیدروژنی با توجه به شرایط مختلف رانندگی‌، دو راه مختلف را پیش می‌گیرد. این نیرو یا به موتور الکتریکی رفته و مستقیماً FCEV را شارژ می‌کند و یا به باتری هدایت شده و انرژی را تا زمانی که موتور به آن نیاز داشته باشد، ذخیره می‌کند.

این باتری که به عنوان باتری کششی نیز شناخته می‌شود، نسبت به باتری خودروهای کاملاً برقی به طور قابل توجهی کوچک‌تر و سبک‌تر بوده و دائما توسط سلول سوختی شارژ می‌شود؛ مانند سایر خودروهای الکتریکی، خودروهای هیدروژنی نیز می‌توانند انرژی ترمز را بازیابی کنند.

موتور الکتریکی انرژی جنبشی اتومبیل را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را به باتری پشتیبان منتقل می‌کند که شاید این بارزترین مشخصه آب‌ سوز کردن خودروها باشد.

۲. نکات مثبت و منفی خودروهای هیدروژنی

جوانب مثبت و منفی یک موضوع خاص را می‎توان از دو دیدگاه بررسی کرد: از دیدگاه کاربران، از دیدگاه محیط زیست. از این رو هر فناوری که به عنوان جایگزین موتور احتراق معرفی می‌شود، باید کاربرپسند بوده و میزان انتشار آلاینده‌ها را به شکل قابل توجهی کاهش دهد.

نکات مثبت از دیدگاه کاربران:

۱. پیشرانه‌ی موجود در خودروهای سلولی سوخت هیدروژن کاملاً الکتریکی است. زمانی که رانندگی می‌کنید، انگار که در حال راندن یک خودروی الکتریکی معمولی هستید. تقریبا هیچ سر و صدایی از موتور شنیده نمی‌شود و گشتاور آن حتی در سرعت پایین نیز مناسب است.

۲. مزیت دیگر آن، زمان شارژ کوتاه است. به گونه‌ای که بسته به نوع ایستگاه شارژ و ظرفیت باتری، در حال حاضر خودروهای کاملاً برقی بین ۳۰ دقیقه تا چند ساعت، برای شارژ کامل به زمان نیاز دارند. از طرف دیگر مخازن هیدروژن خودروهای سلول سوختی، پر و آماده هستند تا در کمتر از پنج دقیقه دوباره به طور کامل شارژ شوند که البته برای کاربران، این مزیت اهمیت بسیاری دارد.

۳. در حال حاضر، خودروهای هیدروژنی برد طولانی‌تری نسبت به خودروهای کاملاً برقی دارند. ظرفیت یک مخزن هیدروژن حدود ۳۰۰ مایل است. خودروهای الکتریکی در صورت داشتن باتری بزرگ، بردی برابر خواهند داشت. البته باتری بزرگ به معنای وزن بیشتر و مدت زمان شارژ طولانی‌تر است.

۴. برد خودروهای هیدروژنی به وضعیت هوا وابسته نبوده و در هوای سرد باتری سریع خالی نمی‌شود.

نکات منفی فعلی از دیدگاه کاربران:

در حال حاضر، بزرگترین نکته منفی خودروهای سلول سوخت هیدروژن، کمبود گزینه برای سوخت گیری است. یک موتور هیدروژنی در ایستگاه‌های سوخت ویژه سوخت‌گیری می‌کند که در آینده احتمالاً مانند پمپ‌های بنزین به فراوانی ساخته خواهند شد.
در حال حاضر تعداد ایستگاه‌های سوخت‌گیری خودروهای هیدروژنی بسیار کم است. تعداد این ایستگاه‌های در آمریکا ۴۰ عدد و در آلمان ۸۰ عدد است.

روکر، یک متخصص BMW می‌گوید:” در حال حاضر همان مشکل مرغ و تخم مرغ را داریم. تا زمانی که تعداد ایستگا‌ه‌های سوخت‌گیری برای خودروهای هیدروژنی اینقدر کم است، تقاضای پایین مشتریان اجازه تولید انبوه خودروهای سلول سوختی را نخواهد داد و تا زمانی که تعداد خودروهای هیدروژنی موجود در بازار و خیابان‌ها کم است، اپراتورها رغبتی به ساخت ایستگاه‌های بیشتر ندارند.”

آلمان از نظر زیرساختی برای خودروهای سلولی سوخت هیدروژنی پیشرو محسوب می‌شود. از این رو به منظور ترویج گسترش زیرساخت‌های ایستگاه‌های سوخت‌گیری در این کشور، خودروسازانی مانند BMW با تولیدکنندگان هیدروژن و اپراتورهای ایستگاه‌های سوخت‌گیری گروهی تشکیل داده‌اند.

این گروه قصد دارد تا سال ۲۰۲۲ تعداد ایستگاه‌های سوخت رسانی به خودروهای هیدروژنی را به ۱۳۰ ایستگاه افزایش دهد. این یعنی تا آن زمان تعداد خودروهای هیدروژنی موجود در خیابان‌های آلمان به ۶۰ هزار دستگاه افزایش پیدا می‌کند.

هدف بعدی با توجه به روند افزایشی تعداد این خودروها، ۴۰۰ ایستگاه تا پایان ۲۰۲۵ خواهد بود. طبق گفته‌های روکر، ایستگاه‌های سوخت رسانی بیشتری در کشورهای همسایه مورد نیاز است تا امکان سفرهای جاده‌ای با خودروهای هیدروژنی فراهم شود.

۳. قیمت بالا و کمبود تقاضا

علاوه بر تعداد کم ایستگاه‌های سوخت رسانی، دلیل دیگری نیز وجود دارد که منجر به کاهش تقاضا برای خرید خودروهای سلول سوختی هیدروژن می‌شود: قیمت آنها نسبتاً گران است.

قیمت این خودروها تقریبا دو برابر خودروهای تمام الکتریک و هیبرید است. دلایل زیادی برای گرانی این خودروها وجود دارد. علاوه بر اینکه تولید آن‌ها هنوز صنعتی نشده، سؤال اینجاست که بهتر است از چه فلزی استفاده شود تا در فرآیند تولید نیرو، به عنوان کاتالیزور عمل کند.

در حال حاضر مقدار پلاتین مورد نیاز برای ساخت ایت خودروها بسیار کاهش یافته است. روکر می‌گوید:” هدف اصلی پایین آوردن قیمت خودروهای هیدروژنی و هم سطح کردن قیمت آن‌ها با دیگر خودروهای برقی است.” یکی دیگر از دلایل قیمت بالای این خودروها اندازه بزرگ آن‌ها است زیرا مخزن هیدروژن فضای زیادی را اشغال می‌کند. از طرفی دیگر، اندازه خودروهایی که برای تامین نیرو به باتری احتیاج دارند، بسیار کوچک‌تر است.

به علاوه قیمت خرید، هزینه‌های عملیاتی نیز نقش مهمی دارند. در خودروهای سلول سوختی هیدروژنی، این هزینه‌ها کمترین وابستگی به قیمت سوخت ندارند. بنابراین هزینه هر مایل خودروهای هیدروژنی، تقریباً دو برابر بیشتر از خودروهایی است که باتری آن‌ها در خانه شارژ می‌شود.

۴. سازگاری خودروهای هیدروژنی با طبیعت

خودرویی که فقط از انرژی تجدید پذیر استفاده کرده و هیچگونه آلاینده‌ای تولید نمی‌کند، از لحاظ زیست محیطی ایده آل است.

این تکنولوژی جایگزین به منظور کاهش انتشار آلاینده‌‌ها، به ویژه CO2 و سایر گازهای مضر مانند اکسید نیتریک طراحی شده است. گاز خروجی حاصل از موتور هیدروژنی از بخار آب خالص تشکیل شده است. بنابراین تکنولوژی سلول‎های سوختی هیدروژنی بدون آلاینده است. این بدان معناست که هوا را در شهرها تمیز نگه می دارد، اما در عین حال از تغییرات آب و هوا جلوگیری می‌کند؟

این بستگی به شرایطی دارد که هیدروژن تحت تولید می‌شود. تولید هیدروژن به انرژی الکتریکی نیاز دارد. این انرژی الکتریکی برای تجزیه آب و تبدیل آن به عناصر تشکیل دهنده، یعنی هیدروژن و اکسیژن و از طریق فرآیند الکترولیز صورت می‌گیرد.

اگر برق مورد استفاده از منابع تجدید پذیر حاصل شود، تولید هیدروژن، ردپایی از کربن خنثی دارد. اگر از طرف دیگر از سوخت های فسیلی استفاده شود، این موضوع بر مضرات کربن تاثیر خواهد گذاشت. قدرت این اثر به ترکیب انرژی استفاده شده بستگی دارد. از این نظر، خودروهای سلولی سوخت هیدروژنی هیچ تفاوتی با سایر خودروهای برقی ندارند.

با این حال، یکی از مضرات تولید هیدروژن، تلف شدن بخشی از انرژی در هنگام الکترولیز است. بنابراین راندمان کلی در زنجیره انرژی ” قدرت راندن وسیله نقلیه ” نصف BEV ها است. با این وجود، هیدروژن در مواقعی که انرژی بیش از حدی از منابع انرژی تجدید پذیر وجود داشته باشد، تولید می‌شود.

هیدروژن نیز محصول جانبی بسیاری از فرایندهای صنعتی است که در اکثر اوقات به عنوان ضایعات بدون استفاده در نظر گرفته می‌شود. بدین صورت که در فرایند آب‌ سوز کردن خودروها، باتری سلول سوختی، راهی برای بالا بردن احیای این هیدروژن فراهم می‌کند، اگرچه ابتدا باید پاک شود.

قابل توجه است که ترازنامه انرژی برای خودروهای هیدروژنی باید شامل حمل و ذخیره هیدروژن شود. بسته به تکنولوژی حمل و نقل مورد استفاده (مایع یا گازی)، هزینه‌های مختلفی برای فشرده سازی، سرمایش، حمل و نقل و ذخیره سازی بوجود می‌آید.

با توجه به قابلیت حمل و نقل و ذخیره سازی بهتر، این تکنولوژی به سمت هیدروژن مایع متمایل است. با این وجود، انتقال و ذخیره سازی هیدروژن در این مرحله هنوز هم بسیار پیچیده‌‌تر و انرژی‌بر تر از بنزین یا دیزل است.
برخلاف سوخت‌های فسیلی، هیدروژن در هر مکانی که به برق و آب دسترسی داشته باشد، تولید می‌شود. بنابراین یک زیرساخت پیشرفته، می‌تواند مسافت حمل و نقل را به طور قابل توجهی در آینده کاهش دهد.

در نتیجه، فناوری سلول سوختی هیدروژن یپتانسیل ایجاد محیط زیستی پایدار را دارد. با این حال، به گفته آکسل ر.کر، متخصص بی‌ام و ، این موضوع بیش از هر چیزی، به استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر و همچنین گسترش زیرساخت‌های تکنولوژیکی برای کوتاه‌تر کردن مسافت حمل و نقل نیاز خواهد داشت.

۵. ریسک‌ تولید خودروهای هیدروژنی

اگر هیدروژن در واکنش غیرقابل کنترلی با اکسیژن واکنش نشان دهد، چه اتفاقی می‌افتد؟ بسیاری از ما این موضوع را از کلاس شیمی در مدرسه به یاد می‌آوریم. نتیجه، یک واکنش انفجاری است که به عنوان واکنش گاز اکسی‎هیدروژن شناخته می‌شود.

همانطور که می‌دانیم، هیدروژن قابل اشتعال است، اما یک واکنش کنترل نشده هیدروژن و اکسیژن در عملکرد یک FCEV عملاً غیرممکن است. دلیل این امر، ذخیره کردن هیدروژن به صورت مایع و در مخرن‌هایی با جداره ضخیم است. بنابراین هیچ جایی برای نگرانی نیست.

همانطور که روکر تأکید می‌کند، آزمایش‌های تصادف بی‌شماری، ایمنی طراحی خودروهای هیدروژنی را تأیید کرده است: مخازن بدون هیچ آسیب یا نشتی از این آزمایشات بیرون آمده‌اند. نباید فراموش کنیم که فناوری هیدروژن چیز جدیدی نیست بلکه در طیف وسیعی از زمینه‌ها، در گذشته، مورد آزمایش قرار گرفته است.

۶. خودروهای هیدروژنی و آینده

بی ام و اعتقاد دارد که هیدروژن می‌تواند در آینده، در کنار تحولات پایدار BEVها نقش مهمی داشته باشد. به شرط آنکه زیرساخت هیدروژنی لازم به وجود آید، قیمت هیدروژن و در نتیجه قیمت خودرو به طرز قابل توجهی پایین می‌آید. در چنین شرایطی، خودروهای هیدروژنی می‌توانند به یک تکنولوژی پاکیزه، بدون آلاینده و معمول تبدیل شوند.

آب سوزکردن خودروها در ایران

ماجرای تولید خودروهای آب سوز و یا تبدیل خودروهای بنزینی به آب سوز، در ایران درست چند روز پس از افزایش نرخ بنزین از ۱۰۰۰ تومان به سه هزار تومان آزاد و ۱۵۰۰ تومان سهمیه بندی آغاز شد. ماجرا از این قرار بود که با افزایش سه برای قیمت بنزین، برخی شرکت‌های فعال در زمینه سوخت خودرو تبلیغاتی در این زمینه منتشر کردند و بسیاری از علاقمندان نیز در سایت آن‌ها ثبت‌ نام کردند و هزینه‌ای را هم متحمل شدند.

پس از چند روز در نهایت کارشناسان فنی خودرو نسبت به کذب بودن این خبر و امکان پذیر نبودن اجرای این طرح در شرایط کنونی واکنش نشان دادند. به گونه‌ای امیرحسن کاکایی کارشناس صنعت خودرو در این باره اظهار کرده است که این طرح در ایران اجرایی شده است؛ اما تاکنون هیچ مرکز معتبری نسبت به آزمایش این طرح اقدام نکرده است. همچنین باید توجه کرد که آب، سوختنی نیست و برای تبدیل شدن آن به عمل احتراق حتما به هیدروژن و اکسیژن تبدیل شود تا هیدروژن محترق شود.

به گفته او، در حال حاضر استفاده از خودروهای آب سوز در شرایط فعلی امکان پذیر نیست و به کاهش مصرف سوخت کمک نمی‌کند، چرا که باید زیرساخت لازم برای این طرح برنامه ریزی و اجرایی شود. همچنین هزینه اجرای آب‌سوز کردن خودرو بسیار بالا است.

در همین زمینه سیدرضا مفیدی- مدیرکل صنایع نیرومحرکه وزارت صنعت معدن و تجارت اعلام کرد که تاکنون هیچ مجوزی درباره پیش فروش و یا اجرای آب سوز کردن خودروها صادر نشده است. از این رو اگر پروژه‌ای در این زمینه اجرایی شده است، به پروژه‌های تحقیقاتی و یا خودروهای مفهومی مربوط می‌شود.

از ساعت صفر روز ۲۴ آبان‌ ماه قیمت بنزین از لیتری ۱۰۰۰ تومان به لیتری ۱۵۰۰ تومان سهمیه بندی و سه هزار تومان آزاد تغییر یافت. با اجرای این طرح، سهمیه بندی بنزین و احیای کارت سوخت کلید خورد. حالا با گذشت بیش از یکماه از اجرای این طرح، همچنان موضوع گازسوز کردن خودروها و حتی آب سوز کردن خودروها بیش از گذشته مطرح است تا شاید به کاهش مصرف سوخت کمک کند.

مترجم: پرستو مهدی قلیخان
نویسنده: نگار میرکریمی