راهنمای ساده شناخت خودروهای هیدروژنی

امروزه دیدن خودروهای مجهز به پیشرانه‌های درون‌سوز بنزینی و دیزلی یا هیبریدی یا حتی تمام برقی امری دور از ذهن نیست اما کمتر کسی با خودروهای هیدروژنی آشنایی دارد. در این مطلب فناوری موجود در این خودروها را وارسی کرده و مزایا و معایب آن برخواهیم شمرد تا ببینیم آیا همان‌گونه که تویوتا ادعا می‌کند، هیدروژن شانسی برای نجات موتورهای درون‌سوز دارد یا خیر؟

خودروی هیدروژنی یا به‌صورت دقیق‌تر، خودروی برقی مجهز به سلول سوختی هیدروژنی با نام اختصاری FCEV، خودروهایی هستند که برای حرکت خود به‌جای دریافت بنزین و الکتریسیته از مرکز توزیع، به هیدروژن نیاز دارند. هیدروژن سپس در باک خودرو و در فشار 700 بار (معادل 7e+7 پاسکال) نگه داری می‌شود. وظیفه هیدروژن ذخیره‌شده، تولید برقی با ولتاژ بالا است. ولتاژ یادشده سپس به یک حافظه میانگر ارسال می‌شود که قدرتی زودگذر را برای شتاب‌گیری خودرو مهیا می‌سازد.

البته که این هیدروژن برای ارسال نیروی خود به موتور برقی باید مراحلی را طی کند. خودروهای هیدروژنی نیروشان را به‌طور کلی از یک دسته سلول‌های سوختی هیدروژنی بسته‌بندی شده دریافت می‌کنند که در آن، عناصر اکسیژن و هیدروژن برای تولید برق با یکدیگر واکنش می‌دهند. انرژی تولیدشده توسط این فرایند به الکتروموتور ارسال می‌شود. بر این اساس، خودروهای یادشده فاقد انتشارات گازهای گلخانه‌ای خواهند بود و باوجود درون‌سوز بودن، گزینه‌ای به‌مراتب پاک‌تر از موتورهای درون‌سوز متداول به شمار می‌روند.

در بازارهای به‌روزی چون انگلستان، هم‌اکنون تنها دو خودروی هیدروژنی در دسترس خریداران قرار گرفته است؛ البته در آینده تعداد این خودروها افزایش خواهد یافت و زیرساخت‌های توسعه این خودروها هم با پیشرفت فناوری همه‌گیرتر خواهد شد. جالب است بدانید که در مرسدس‌بنز در سال 1998 نخستین خودروی هیدروژنی جهان را برای تردد در جاده‌های عمومی معرفی کرد. این خودرو «نکار» نام داشت و روی پلتفرم کلاس A سوار شده بود.

این خودرو نخستین‌بار در سال 2015 روانه بازار شد. تویوتا تاکنون موفق شده تا پیش از معرفی نسل تازه‌اش در سال 2021، بیش‌از 10 هزار دستگاه میرای را به دست مشتریان برساند. آخرین نسل میرای به یک بسته هیدروژن با قابلیت جاسازی 5.6 کیلوگرم هیدروژن مجهز شده است که بر پایه چرخه رانندگی WLTP، می‌تواند تا 640 کیلومتر سرنشینانش را همراهی کند.

میرای جدید باوجود افزایش وزن و ابعاد بیشتر نسبت‌به نسل گذشته، برای رسیدن به سرعت 100 کیلومتر بر ساعت تنها به 8.7 ثانیه زمان نیاز دارد و درعرض 25.5 ثانیه نیز به سرعت 160 کیلومتر بر ساعت خواهد رسید. پیشرانه هیدروژنی این خودرو 180 اسب بخار قدرت و حدودا 300 نیوتن‌متر گشتاور تولید می‌کند. استفاده از فناوری نوظهور هیدروژن در موتور این خودرو باعث افزایش قیمت میرای تا 64 هزار پوند انگلستان شد.

هیوندای از دهه 90 میلادی مشغول توسعه سلول‌های سوختی بوده تا آنکه با معرفی نکسو، نخستین محصول مبتنی‌بر این فناوری را روانه بازار کرد. این شاسی‌بلند کوچک شهری (یا بهتر است بگوییم کراس‌اوور)، قیمتی 66 هزار پوندی داشته و به موتوری 161 اسب بخاری مجهز شده است. نکسو باوجود 394 نیوتن‌متر گشتاور، برای رسیدن به سرعت 100 کیلومتر بر ساعت به 9.6 ثانیه زمان نیاز دارد.

بسته سلول‌های سوختی این کراس‌اوور 6.33 کیلوگرم هیدروژن را ذخیره می‌کند که با یک باتری 1.56 کیلووات ساعتی هماهنگ شده است. نکسو تا 608 کیلومتر تجربه سواری پویا را برای سرنشینانش رقم می‌زند. در انگلستان کمتر از 30 دستگاه نکسو به فروش رسیده است.

بی‌ام‌و برای ساخت خودروی هیدروژنی خود همکاری با تویوتا را آغاز کرده است. نخستیت برنامه این شرکت در این راستا، معرفی نمونه تولید انبوه شاسی‌بلند iX5 هیدروژنی تا سال 2030 است. این شاسی‌بلند که بر پایه یکی از محبوب‌ترین بلندقامتان این برند توسعه خواهد یافت به موتوری با 396 اسب بخار قدرت و 710 نیوتن‌متر گشتاور مجهز است. iX5 برای رسیدن به 100 کیلومتر بر ساعت تنها به 6 ثانیه زمان نیاز دارد. گستره مسافت قابل‌پیمایش این خودرو به 500 کیلومتر محدود شده که به‌لطف پیشرفت فناوری بی‌ام‌و، در بخش سواری و راحتی کم‌وکسری ندارد.

خودروهای هیدروژنی هم با منطق خودروهای بنزینی، با استفاده از پمپ مخصوص هیدروژن و در ایستگاه مختص خود، سوخت موردنیازشان را دریافت می‌کنند. ایستگاه‌های پرکردن هیدروژن هم شباهت بسیاری به پمپ‌بنزین‌ها خواهند داشت. شارژ مجدد مخزن یا باک هیدروژنی هم به سادگی باز کردن در مخصوص آن و قرار دادن نازل پمپ درون مخزن است. تویوتا زمان سوخت‌رسانی هیدروژن را کمتر از 5 دقیقه اعلام کرده است.

سخت‌ترین بخش پرکردن باک یک خودروی هیدروژنی احتمالا پیدا کردن یک ایستگاه هیدروژن است. تعداد این ایستگاه‌ها حتی در کشورهای پیشرفته‌ای چون انگلستان و آمریکا نیز معدود و کمتر از ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی است؛ البته دولت‌های کشورهای جهان اول قصد دارند برنامه افزایش زیرساخت پمپ هیدروژن را افزایش دهند تا این فناوری بتواند راحت‌تر جایگزین بنزین و گازوئیل شود.

نخستین مزیت خودروهای مجهز به این موتور را می‌توان عدم انتشار آلاینده محیط‌زیستی و تنها آب خروجی اگزوز آن دانست؛ بنابراین جایگزینی آن‌ها با بنزین از طرف طرفداران محیط‌زیست و... راحت‌تر است و می‌توان از این خودروهای درون‌سوز در مناطق هوای پاک شهرهای بزرگ نیز استفاده کرد.

دومین مزیت این خودروها در پرشدن به‌مراتب سریع‌تر باک آن‌ها نسبت‌به خودروهای برقی است که بدون نیاز به فناوری خاصی چون شارژ سریع و تطبیق شارژرهای گوناگون صورت می‌گیرد. از سوی دیگر، هیدروژن به‌طور کلی فراوان‌ترین عنصر روی زمین است و نگرانی چندانی برای تامین منابع آن وجود ندارد.

برخی موتور خودروهای هیدروژنی را بهینه‌تر و با راندمان بالاتری نسبت‌به پیشرانه سایر خودروها برمی‌شمارند؛ چراکه نیروی هیدروژنی تنها 40 تا 60 درصد انرژی موجود در سوخت خود را برداشت می‌کند و 50 درصد هم مصرف سوخت کمتری دارد. پیمایش یک مسافت 640 کیلومتری با یک باک سوخت هیدروژنی مسئله‌ای غیرعادی و خاص نیست. دیگر آنکه خوشبختانه و برخلاف خودروهای برقی، مصرف سوخت این خودروها با توجه به دمای محیط منقلب نمی‌شود.

این خودروها باوجود سازگاری بیشتر با محیط‌زیست و راندمان بالاتر، معایبی هم دارند. باوجود عدم انتشار آلاینده توسط موتور هیدروژنی، تهیه هیدروژن مورداستفاده برای این موتورها در مقیاس صنعتی مسئله‌ای چالش برانگیز برای حفاظت از محیط‌زیست خواهد بود. تهیه این حجم از هیدروژن نیازمند صرف مقادیر بالایی از انرژی است که در دنیای امروزی باید از سوخت‌های فسیلی تهیه شود. به گفته غول صنعت تایرسازی، پیرلی، برای تولید هر کیلوگرم هیدروژن قابل‌مصرف در این خودروها، 10 کیلوگرم گاز دی‌اکسیدکربن آزاد می‌شود.

البته که روش‌هایی هم برای تولید هیدروژن با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر وجود دارد اما مانند تمام انرژی‌های تجدیدپذیر دیگر، استفاده از آن‌ها در مقیاس بالا هزینه‌بر خواهد بود. برای نمونه کشورهای دانمارک و ایسلند به‌ترتیب از انرژی باد و زمین‌گرمایی برای تولید انرژی لازم برای تهیه هیدروژن استفاده می‌کنند.

مورد آخر هم اینکه همان‌گونه که درباره برچسب قیمتی این خودروها صحبت کردیم، به‌دلیل پیچیدگی فناوری به‌کاررفته در این خودروها، نرخ تمام‌شده این محصولات بالاتر از سایر هم‌رده‌هایشان است. کمبود زیرساخت پرکردن باک هیدروژن هم مزید بر علت است و خریداران را از روی آوردن به این گزینه منصرف می‌سازد.

هم‌اکنون امکان روی‌آوردن بیشتر خریداران به سوی این محصولات وجود ندارد. کمبود زیرساخت و خود سوخت استفاده تجاری از آن را هم از لحاظ اقتصادی و هم از لحاظ محیط‌زیستی هزینه‌بر می‌کند. دولت‌ها امید دارند با سرمایه‌گذاری در این بخش، ورود خودروهای هیدروژنی را تسریع کرده و باعث روی‌آوردن خودروسازان بیشتری به سوی این فناوری شوند.

شرکت آلپین در سال 2022 از مدل مفهومی «آلپن‌گلو» رونمایی کرد که دورنمای این شرکت برای یک خودرو با موتور هیدروژنی به شمار می‌رفت. تویوتا هم چندی پیش از مدل مفهومی «GR H2 ریسینگ» رونمایی کرد که در آینده با حضور در کلاس جدید خودروهای هیدروژنی، وارد مسابقه 24 ساعتی لمان خواهد شد. نسخه هیدروژنی «GR یاریس» برای حضور در WRC و هایلوکس هیدروژنی هم با گستره مسافت قابل‌پیمایش 584 کیلومتر معرفی شده‌اند. نظر شما درباره این فناوری چیست؟ آیا هیدروژن مانند الکتریسیته بخت‌واقبال پیدا کرده و همه‌گیر خواهد شد؟!