امروزه خودروسازان در تلاشند تا خودروهای هیدروژنی را به صورت تجاری عرضه کنند. اما با وجود خودروهای الکتریکی و هیبریدی آیا خودروهای هیدروژنی جایی در دنیای ما دارند؟ سوخت مورد نیاز این خودروها چگونه فراهم می‌شود؟
در حال حاضر با ورود هوندا کلاریتی (Honda Clarity)، سه خودروساز اتومبیل‌هایی ارائه می‌دهند که انرژی خود را از سلول‌های هیدروژنی به دست می‌آورند. نخستین خودرو Hyundai ix35 در اوایل سال ۲۰۱۳ بود و پس از آن Toyota Mirai آمد. اکنون تعداد بسیاری از خودروسازان در حال توسعه خودروهای هیدروژنی هستند.
رانندگی یک خودرو هیدروژنی دارای فراز و نشیب است. از سوی مثبت، از مزایای سبز یک وسیله نقلیه الکتریکی بدون اضطراب برخوردار خواهید شد، چرا که شما می‌توانید خودرو را با هیدروژن بیشتری دوباره پر کنید. از جهت منفی، ایستگاه‌های سوختگیری هیدروژن نادر هستند. و به دست آوردن هیدروژن از یک روش سبز و کارآمد چالش‌های خاص خود را دارد.
سلول‌های سوخت هیدروژنی چگونه کار می‌کنند؟
یک سلول سوختی هیدروژن یک ماشین ساده است. هسته اصلی این فناوری یک پوسته تبادل پروتون است. در یک طرف پوسته شما هیدروژن خالص دارید و در طرف دیگر هوای عادی است. هوای معمولی حدود ۸۰ درصد نیتروژن و ۲۰ درصد اکسیژن دارد به علاوه مقدار ناچیزی از چیزهای دیگر. پوسته تبادل پروتون حیاتی است، زیرا اتم هیدروژن و اکسیژن واقعا دوست دارند که با هم باشند. به طور ویژه، دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن همیشه می‌خواهند با هم ترکیب شوند و یک مولکول آب ایجاد کنند. این یک چیز زیبا است.
پوسته به اتم‌های هیدروژن اجازه خواهد داد تا به طرف اکسیژن حرکت کنند، اما تنها در صورتی که اتم هیدروژن الکترون خود را در این راه از دست بدهد. ما هوشمندانه برخی از فلزات رسانا مانند پلاتین را بر روی دیوارهای سلول سوختی قرار دادیم. به طوری که الکترون‌ها به آنجا بروند و تمام راه در سراسر سلول سوختی برای بازگشت به اتم‌های هیدروژن خود را بدوند. این عمل جریان الکتریکی بوجود میآورد که ما می‌توانیم از آن استفاده کنیم. هنگامی که اکسیژن و هیدروژن همراه شوند دوباره کامل می‌شوند و ما یک مولکول آب داریم و مقداری الکتریسیته. اگر شما فقط سلول سوختی را در نظر بگیرید، توانسته‌ایم مقداری انرژی بدون ایجاد هر گونه آلودگی به دست آوریم.
مشکلات تهیه هیدروژن
مشکل اول با این سناریو این است که هیدروژن و اکسیژن عاشق یکدیگر هستند به طوری که هیدروژن آزاد واقعاً در جو زمین وجود ندارد. همه هیدروژن‌ها به آب تبدیل شده‌اند که بسیاری از این سیاره را پوشش می‌دهد. بنابراین پیش از اینکه ما بتوانیم این انرژی را دریافت کنیم، باید مقداری هیدروژن آزاد برای قرار دادن در سلول سوخت هیدروژنی ایجاد کنیم.
راه‌هایی بسیاری برای گرفتن هیدروژن وجود دارد. در قرن ۱۹ مردم از رها کردن براده‌های آهن در بشکه اسید سولفوریک استفاده می‌کردند. این واکنش گاز هیدروژن تولید می‌کند، که از آن برای بالا بردن بالون‌ها استفاده می‌کردند. این کار جواب می‌دهد اما در مقیاس بزرگ امکان پذیر نیست و به معنای واقعی کلمه هر بار که شما از این روش استفاده کنید درگیر یک بشکه از زباله‌های سمی می‌شوید.
همیشه هنگام رویارویی با یک فناوری جدید، برخی از تردیدهای قابل فهم در میان مردمی که برای نخستین بار از این فناوری استفاده می‌کنند وجود دارد.
شما همچنین می‌توانید از الکتریسیته برای شکستن مولکول‌های آب با استفاده از الکترولیز استفاده کنید و هیدروژن و اکسیژن خالص را دریافت کنید. این فوق العاده است، اما قوانین ترمودینامیک دیکته می‌کند که هیدروژن تولید شده هرگز به اندازه برق مصرف شده برای شکستن مولکول‌های آب، انرژی تولید نمی‌کند. بهتر است که با استفاده از این الکتریسیته یک باتری را شارژ کنید. افزون بر این مقدار زیادی از برق آمریکای شمالی هنوز هم توسط سوزاندن زغال سنگ به دست می‌آید که قطعاً سبز نخواهند بود.
راه سوم برای به دست آوردن هیدروژن به همان اندازه مشکل‌ساز است. شما می‌توانید گاز طبیعی را اصلاح کنید، مولکول‌های هیدروکربن را بشکنید و هیدروژن را آزاد کنید. اما این بدان معناست که شما هنوز وابسته به سوخت‌های فسیلی هستید و هنگامی که از این روش برای تولید هیدروژن استفاده کنید، دی اکسید کربن نیز تولید می‌شود که یک گاز گلخانه‌ای است.
پیش از اینکه ما به تولید هیدروژن نزدیک شویم، پژوهش‌هایی روی فتوسنتز این عنصر با استفاده از جلبک انجام شد. اما اگر قرار باشد در مقیاس بزرگ کار کنیم بهتر است سعی کنیم از روش‌های دیگری نیز بهره ببریم.
یک سوخت بسیار خوب
مشکل ایجاد هیدروژن آزاد، مانع از این می‌شود که به یک سوخت مناسب تبدیل شود. با این حال هنوز هم تغییر شکل گاز طبیعی (یا متانول، که ما می‌توانیم از زباله‌های گیاهی آن را به دست آوریم) به هیدروژن و دی اکسید کربن و سپس سوزاندن گاز در یک موتور احتراق داخلی پاک است. و با افزایش قابلیت تولید انرژی خورشیدی، ما می‌توانیم الکتریسیته خورشیدی ساخته شده را برای تولید هیدروژن استفاده کنیم. ما هنوز از لحاظ ترمودینامیکی از تبدیل نور خورشید به الکتریسیته و الکتریسیته به هیدروژن و دوباره به الکتریسیته رنج می‌بریم، اما دست کم از نور خورشید استفاده کرده‌ایم و در این فرآیند هیچ گاز گلخانه‌ای تولید نمی‌شود. البته، مجبوریم پنل‌های خورشیدی ایجاد کنیم که چالش‌های خاص خود را دارد.
بنابراین در حالی که این روش هنوز کامل نیست اما هیدروژن هنوز هم یک سوخت بسیار خوب است. درواقع این سوخت بهتر از سوزاندن نفت خام تصفیه شده است.
دسترسی به ایستگاه‌های هیدروژن
اگر شما در هر نقطه‌ای از امریکا غیر از لس آنجلس و یا منطقه Bay Area سان فرانسیسکو زندگی کنید، این روش هنوز هم یک روش آکادمیک برای شما است. در حال حاضر، بیشتر زیرساخت سوختگیری هیدروژن در کالیفرنیا است و ایستگاه‌های بسیاری در سراسر این کشور وجود ندارد.
در کالیفرنیای شمالی شما می‌توانید هیدروژن را از شش ایستگاه در Bay Area تهیه کنید. یک ایستگاه در ساکرامنتو و یک ایستگاه در Truckee به طرف Reno است. در کالیفرنیای جنوبی، شما ۱۶ ایستگاه در منطقه لس آنجلس دارید به علاوه یک ایستگاه در Del Mar در نزدیکی سن دیگو و یک ایستگاه درSanta Barbara قرار دارد.
شایان ذکر است که برنامه‌ریزی شده دست کم ۲۰ ایستگاه جدید در کالیفرنیا امسال ایجاد شود. ایستگاه‌های جدید همه در مناطق L.A و Bay Area هستند. بنابراین در حالی که در مناطق جدید هنوز ایستگاهی وجود ندارد، در این مناطق ایستگاه‌ها بیشتر و بیشتر در دسترس قرار می‌گیرند.
شرکاء سوخت سلولی کالیفرنیا (California Fuel Cell Partnership) دارای یک نقشه از ایستگاه‌های هیدروژن است. شما می‌توانید این نقشه را بررسی کنید و ببینید اگر در این مناطق زندگی می‌کنید به اندازه کافی به این ایستگاه‌ها نزدیک هستید یا نه. وزارت انرژی ایالات متحده نیز یک نقشه از سراسر کشور در تارنمای Alternative Fuels Data Cente قرار داده است. اما تنها ایستگاه هیدروژن ذکر شده خارج از کالیفرنیا در ماساچوست، یکی در Connecticut و یکی در کارولینای جنوبی است.
چرا خودروهای هیدروژنی بیشتری در آینده خواهیم دید
برای اینکه واقعاً خودرو هیدروژنی را درک کنید، باید به آن در مقیاس بزرگتر و همچون وسایل نقلیه الکتریکی نگاه کنید. یکی از قوانین اصلی سوخت‌های جایگزین این است که هیچ راهکاری برای همه موارد وجود ندارد. باتری وسایل نقلیه الکتریکی به مدت زمان طولانی برای شارژ مجدد نیاز دارد. پس الکتریسیته مقرون به صرفه، دامنه محدود دارد. خودروهای هیبریدی نیز هنوز هم از سوخت‌های فسیلی در برخی سطوح استفاده می‌کنند اما شما می‌توانید از آنها برای رانندگی در مسافت‌های طولانی با سوختگیری آسان بهره ببرید. انرژی هیدروژنی این فاصله را پر کرده است، این سوخت به شما یک وسیله نقلیه می‌دهد که می‌توانید شبیه یک ماشین بنزینی سوخت گیری کنید و ایستگاه هیدروژن در هر کجا که به آن نیاز دارید، فراهم می‌شود. با چنین زمینه‌ای، جایی برای خودروهای هیدروژنی در جهان ما وجود دارد.
در مورد خودروها بیشتر بخوانید:
>>Booster سوخت را به پارکینگ اداره شما میآورد
منبع: digitaltrends
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است.»
