خودروهای سوخت هیدروژنی


خودرو هیدروژنی

به وسایل نقلیه ای اطلاق می‌شود که سوخت مصرفی برای تولید نیروی محرکه ی موتور آن ها، هیدروژن می باشد. موتورهای هیدروژنی در وسایل پرتاب راکت‌های فضایی، خودروها و سایر وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرند. موتور خودروهای هیدروژنی انرژی شیمیایی هیدروژن را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده یا با سوزاندن هیدروژن در یک موتور درون‌سوز این نیرو را تأمین می‌نمایند. گونه ای دیگر از موتورهای هیدروژنی نیز از طریق واکنش هیدروژن با اکسیژن در یک سلول سوخت، نیروی مورد نیاز موتورهای الکتریکی را تأمین می‌کند.

 

از مهم ترین معضلاتی که اتومبیل های بنزینی و دیزلی ایجاد کرده اند، آلودگی ناشی از  دود  اگزوز خودروها می باشد که منجر به گرم شدن محیط کره زمین نیز شده اند. یکی از راه های کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن استفاده از هیدروژن به جای سوخت فسیلی مانند بنزین و دیزل است.

محققان در اروپا می خواهند با تبدیل هیدروژن به سوخت اصلی خودروها اولین شبکه سراسری سوخت رسانی هیدروژن را برای رانندگانِ خودروهای پیل سوختی در اروپا به راه بیندازند‎. در حال حاضر دانمارک اولین کشور دنیاست که در آن شبکه ملی سوخت رسانی برای هیدروژن وجود دارد.

مزیت خودرو های هیدروژنی

در خودرو های الکتریکی نیروی لازم توسط باتری شارژ شده تامین می شود و در خودرو های هیدروژنی نیروی مورد نیاز توسط هیدروژن و اکسیژن تامین می شود که این دسته از اتومبیل ها نیز با باتری مجهز شده اند و زمانی که برق تولید می شود و اتومبیل در حال حرکت است، باتری موجود در اتومبیل، شروع به شارژ شدن می شوند.  این باتری ها نسبت به باتری به کار رفته در اتومبیل های الکتریکی کوچکتر هستند.

تی آیس لائوستن ینسن مدیرعامل «دانمارک هیدروژن»، شبکه ملی سوخت رسانی هیدروژن در دانمارک، درباره خودورهای هیدروژنی می گوید: “در خودرو به جای باتری یک پیل سوختی هیدروژنی قرار دارد که در آن در اثر واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب و الکتریسیته تولید می شود. در واقع یک واکنش شیمیایی رخ می دهد و تنها گازی که از اگزوز ماشین بیرون می آید بخار آب است.”

تی آیس لائوستن ینسن درباره مزایای این خودور می گوید: “این خودروها خیلی نرم حرکت می کنند و موتور آن سرو صدا نمی کند. یکی از مزایای این خودرو این است که می توانید از همان الگوهای موتورهای احتراقی استفاده کنید، یعنی می توانید به ایستگاه سوخت رسانی بروید و پیل سوختی خوردو را سه الی پنج دقیقه با گاز هیدروژن شارژ کنید و با آن بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ کیلومتر رانندگی کنید.”

تولید سوخت خودروی هیدروژنی

در صورتی که هدف از تولید خودروهای هیدروژنی ایجاد یک چرخه‌ی سبز و بدون تولید آلودگی است، هیدروژن مورد نیاز نیز باید از راه‌هایی تولید شود که آلودگی را به محیط زیست تحمیل نکند. اما تولید هیدروژن فرآیند بسیار سختی دارد. بهترین راه برای به دست آوردن گاز هیدروژن استفاده از الکترولیز برای جدا کردن هیدروژن و اکسیژن در آب است. این روش اصلا بهینه نیست و هزینه‌ی مورد نیاز برای تولید هر کیلوگرم هیدروژن در بهینه‌ترین حالت 5/2 دلار است.

خودروی هیدروژنی یک اتومبیل سازگار با محیط زیست می باشد.

تغییر ساختار گاز طبیعی راهکار دیگری است که می‌توان برای تولید هیدروژن از آن استفاده کرد، اما نکته‌ی منفی این روش تولید آلودگی است. در این روش دمای بخار آب در حدود ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش می‌یابد و در این مرحله بخار با گاز متان مخلوط می‌شود که نتیجه‌ی آن تولید مونوکسید کربن و هیدروژن در کنار مقدار کمی دی‌اکسید کربن است. در حال حاضر بیش از ۹۵ درصد از هیدروژن تولید شده در آمریکا به این روش به دست می‌آید.

تهیه هیدروژن مورد نیاز خودروهای هیدروژنی

خودروهای هیدروژنی همچون سایر خودروها برای تامین انرژی مورد نیاز خود به وجود ایستگاه‌هایی در فواصل معین نیازمند هستند، اما در حال حاضر ایستگاه‌های عرضه‌ی هیدروژن بسیار کم بوده و فاصله‌ی زیادی با هم دارند. علت کم بودن ایستگاه های عرضه ی هیدروژن به کم بودن تعداد تقاضا و گران بودن هزینه ی تاسیس این ایستگاه ها اشاره کرد. ساخت این ایستگاه ها نیازمند هزینه ی زیادی می باشد. در حال حاضر ۵۰ ایستگاه شارژ در کل ایالت متحده‌ی آمریکا موجود است که ۲۲ عدد از آن‌ها در ایالت کالیفرنیا قرار دارند.

اصلی‌ترین چالش پیش روی خودروهای هیدروژنی

اصلی‌ترین چالش پیش روی خودروهای هیدروژنی هزینه‌ی بالای تولید هیدروژن در مقایسه با الکتریسته است. همچنین باید به آلودگی ناشی از تولید هیدروژن نیز اشاره کرد. همچنین خودروهای هیدروژنی از نمونه‌های الکتریکی گران‌تر بوده و هزینه‌ی نگهداری بالاتری دارند.

مخزن هیدروژن

مخزن هیدروژن می تواند خطرناک باشد، هیدورژن ماده ی خطرناکی است و ترکیب سریع آن با اکسیژن واکنش انفجاری شدیدی دارد. به دلیل واکنش انفجاری هیدروژن، خودروهای درون‌سوزی که به‌ جای بنزین از هیدروژن استفاده می‌کردند نتوانستند تجاری شوند. پیش ‌از این شرکت بی‌ام‌و یک خودروی درون‌سوز هیدروژنی ساخته بود، اما چون واکنش انفجاری سوختن هیدروژن با اکسیژن بسیار شدیدتر از سوختن اکسیژن با بنزین است، این خودرو هیچ‌گاه تجاری نشد.

اما با این ‌همه ذخیره‌سازی هیدروژن در باک ماشین خطرناک است. خصوصا وقتی قرار باشد این هیدروژن به‌صورت فشرده ذخیره شود. چیزی شبیه مخازن CNG در خودروها که در فشار ۲۰۰ بار فعالیت می‌کنند و به همین دلیل مخزن باید مستحکم و سنگین باشد. موقع انفجار نیز آسیب زیادی می‌زند. چنین مشکلی در مخازن هیدروژن وجود ندارد زیرا هیدروژن قرار نیست با فشار بالا در مخازن ذخیره شود.

از سال 1950 به بعد چند گروه پژوهشی در سازمان انرژی آمریکا روی روشی برای ذخیره‌سازی هیدروژن در مخازن سوختی خودرویی کار می‌کنند که به‌جای فشرده‌سازی گاز هیدروژن، از مواد شیمیایی بهره می‌برد. این مخازن از یک ماده شیمیایی کریستالی پر می‌شوند که می‌تواند با هیدروژن واکنش برگشت‌پذیر داشته باشد.

یعنی کافی است شما هیدروژن را با فشار کمی در حدود ۲ بار وارد این مخازن بکنید. با همین فشار هیدروژن با ماده درون مخزن واکنش می‌دهد و ساختار جدیدی ایجاد می‌کند. عملا در این روش هیدروژن درون ساختار کریستالی ماده به دام می‌افتد.

در این روش چگالی انرژی هیدروژن ذخیره، بیشتر از فشرده‌سازی یا حتی مایع کردن هیدروژن است. هنگام استفاده از هیدروژن نیز کافی است شیر مخزن را باز کنید تا فشار آن کاهش یابد و هیدروژن آزاد شود. یک مخزن هیدروژن با فشار ۲ بار، بسیار ایمن و هم بسیار ارزان است.

 

مقالات

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

13 − = 7