مميزات السيارات الهيدروجينية وعيوبها
السيارات الهيدروجينية تسهم في المحافظة على البيئة
نظرا للحاجة الملحة لتوفير الوقود الأحفوري وتقليل الانبعاثات الضارة الناتجة عن استخدامه المدمر للبيئة والإنسان، اتخذت صناعة محركات الاحتراق الداخلي المستخدمة في السيارات خطوات كبيرة نحو الاقتصاد في استهلاك الوقود واستخدام الطاقة النظيفة، وأحد هذه الخطوات هو تحسين أداء المحرك وكفاءته، بما في ذلك نظم الشحن. في نهاية القرن العشرين، بدأت السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات في الظهور كجزء من عصر الطاقة النظيفة، وبشكل سريع ظهر جيل جديد من السيارات الصديقة للبيئة التي تعمل بالهيدروجين، وأدركنا الفرق بين السيارات الهيدروجينية والكهربائية.
المبدأ الأساسي وراء سيارات الهيدروجين هو استخدام الهيدروجين كوقود
- يمكن حرق الهيدروجين في محرك احتراق داخلي.
- يمكن إنتاج الطاقة الكهربائية لتشغيل محرك السيارة، إما عن طريق تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين في خلية الوقود، أو بطريقة أخرى.
قدمت العديد من شركات السيارات الكبرى نماذجها للبيع في الفترة بين عامي 2001 و 2014. من بين هذه النماذج تويوتا ميراي وهوندا كلاريتي وهيونداي ix 35 FCEV، وقد تم تقديم نماذج مختلفة من شركات أخرى أيضا. تعمل سيارات الهيدروجين باستخدام محطات وقود مخصصة لها، وتعتبر هذه المحطات شائعة في العديد من البلدان حول العالم، وخاصة في الولايات المتحدة. تم افتتاح أول محطة لتعبئة الهيدروجين في الشرق الأوسط في الإمارات العربية المتحدة في أكتوبر من هذا العام.
الاختلاف بين السيارات الهيدروجينية والكهربائية يكمن في سرعة إعادة التزود بالوقود. فالسيارات الهيدروجينية تتميز بتزويدها بالوقود في خمس دقائق فقط، بينما تحتاج السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية لشحنها لعدة ساعات، بالإضافة إلى التخلص من الثقل الناتج عن البطاريات التي تشغل جزءا كبيرا من مساحة السيارة .
تستطيع سيارات الهيدروجين قطع مسافات طويلة تصل إلى 800 كيلومتر قبل الحاجة إلى إعادة تزويدها بالوقود، بينما تصل مدى السيارات التي تعمل بالبطاريات إلى حوالي 550 كيلومترًا.
أي تقنية جديدة لها مزايا وعيوب مثل سيارات الهيدروجين ومن عيوبها:
- أن غاز الهيدروجين قابل للاشتعال والانفجار.
- بسبب التكلفة العالية لصناعة خلايا الهيدروجين، والتي تتطلب استخدام عناصر نادرة مثل البلاتين، تكون السيارات التي تعمل بالهيدروجين باهظة الثمن مقارنة بغيرها من السيارات.
- تتضمن مشكلة الانبعاثات الكربونية والسعة المكعبة الضعيفة مقارنة بمحركات الاحتراق الداخلي.
تعمل الشركات حاليا على تحسين هذه السيارات لتكون أكثر أمانا وللتخلص من الانبعاثات ومشاكل أخرى بأقل تكلفة ممكنة، وأطلقت تويوتا شراكة مشروع مشترك جديدة لإنشاء `مجتمع قائم على الهيدروجين` في الصين، بناء على استخدام واسع لمركبات خلايا الوقود.
أثارت شركة تويوتا عملاق صناعة السيارات الياباني منافسة مع الشركات المصنعة التي كانت في سباق منذ فترة طويلة لتصنيع سيارات تعمل بخلايا الوقود وذلك لأنها باتت جزء أساسي لبرنامج موسع لبناء مدن خضراء تترك الوقود وراءها، وقد تخطط الشركة لإقامة مشروع مشترك في هذا المجال مع خمس شركات صينية وهي:
- Beijing Automobile Works.
- China FAIW Group.
- Beijing Sino Hitech.
- Guangzhou Automobile Group.
- Dongfeng Motor.
الشركة الجديدة التي تتخذ من بكين مقراً لها ، التي تمتلك تويوتا حصة أغلبية فيها ، بحصة تقدر بنحو 65٪ ، ستطلق عليها اسم United R&D Fuel Cell System، ونقلت بلومبرج عن التحالف قوله في بيان: “ستحاول الشركات تطوير أنظمة خلايا وقود فعالة من حيث التكلفة مع تحسين أداء القيادة وكفاءة الوقود والمتانة”.
تويوتا هي واحدة من أكبر مؤيدي خلايا الوقود ضمن أكبر شركات صناعة السيارات العالمية وتراهن على أنها يمكن أن تصبح مصدرًا مكافئًا أو حتى أفضل للطاقة للسيارات الكهربائية من البطاريات، وتتوقع تويوتا أن تصبح خلايا الوقود مصدرًا مهمًا للسيارات الكهربائية بنفس الشكل أو أفضل من البطاريات.
أكدت الشراكة الجديدة على اهتمام شركة تويانا المستمر بخلايا الوقود، وخاصة للاستخدامات التجارية مثل الحافلات والشاحنات. وقد قطعت تويوتا خطوات كبيرة في هذا المجال، حيث أطلقت سيارة ميراي بتكلفة تعادل 216 ألف ريال سعودي في لوس أنجلوس بكاليفورنيا، وأكدت الشركة أنها نجحت في التخلص من الغازات الضارة، وأن الغاز الذي تنتجه السيارة مجرد بخار ماء. ومن المؤكد أن انتشار سيارات الهيدروجين سيساعد في الحفاظ على البيئة، حيث أصبح تلوث البيئة مشكلة لجميع دول العالم.
بيع مليون سيارة عام 2035
من المتوقع أن تحقق مبيعات خلايا الوقود السنوية نسبة تصل إلى مليون سيارة بحلول عام 2035، بفضل نمو قطاع الحافلات والمركبات التجارية بشكل رئيسي في الصين وكوريا واليابان وأوروبا. وقد قامت شركة تويوتا بعرض سيارة ميراي العاملة بخلايا وقود الهيدروجين في معرض الصين الدولي الثاني للاستيراد الذي أقيم في شنغهاي في نوفمبر الماضي.
يختلف مسؤولو تويوتا عن إيلون ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة تسلا المتخصصة في صناعة السيارات الكهربائية، فيما يراه كل منهما بشأن تجربة النجاح. ويبدو أن تويوتا تسيطر -في السنوات الأخيرة- على الجانب الأكبر من مبيعات السيارات التي تعمل بخلايا الوقود في العالم، وهذا يشير إلى أن تجربة نجاح تسلا ليست الوحيدة.
في أبريل 2018، صرح ماسك بأن تقنية خلايا الوقود كانت “خدعة غبية”، وكان يعتقد في ذلك الوقت أن فصل الهيدروجين من الماء باستخدام عملية التحليل الكهربائي يستهلك كمية كبيرة من الكهرباء أكثر مما يتم إنتاج الهيدروجين، ولكن الشركة اليابانية العملاقة لا تزال تؤمن بفكرة استخدام خلايا الوقود وترى في هذا المفهوم دورا أكبر في المستقبل، بسبب حجمها الأكبر وقدرتها على الحصول على الوقود بشكل أسرع من السيارات الكهربائية.
أصبحت التكنولوجيا ذات أهمية متزايدة للشركات اليابانية، نظرا لندرة الموارد الطبيعية في البلاد ولمخاوف الدول في جميع أنحاء العالم من نفاد الوقود الأحفوري، ولذلك يعد استخدام خلايا الوقود في القيادة أمرا بالغ الأهمية للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري.
يشير الخبراء إلى أن السيارات التي تعمل بتقنية خلايا الوقود لا تنبعث منها أي ملوثات، حيث تعتمد على الطاقة التي تنتج عندما يتم تخزين الهيدروجين كوقود مع الأكسجين في الهواء لتكوين الماء.
كفاءة عالية
تُعد خلايا وقود الهيدروجين أحد أكثر مصادر الطاقة كفاءة في الوقت الحالي، حيث تعمل باستمرار دون فقدان للطاقة، ومع ذلك، فإن بعض الأسئلة تتطلب دراسة مزيد من التفاصيل، وربما تكون عملية خفضالتكاليف هي واحدة من أكبر التحديات التي يواجهها الباحثون للاستفادة الكاملة من هذه التقنية.
يعتقد بعض المهتمين بصناعة السيارات أنه بغض النظر عن أهمية الهيدروجين كمصدر للطاقة، خاصة في السيارات التي تم تصنيعها حاليا، إذا استمرت تكلفتها المرتفعة، فلن يتم اعتمادها على نطاق واسع. قبل عامين، انضمت شركة مرسيدس الألمانية إلى قائمة الشركات المصنعة التي تتسابق لإنتاج سيارات تعمل بوقود الهيدروجين بكميات كبيرة.
كشفت إحدى الشركات المصنعة الرائدة في العالم للعلامات التجارية الفاخرة مؤخرًا عن أول طراز لخلايا الوقود للشركة، وهو الرمز الجديد GLC FuelCell الذي تم الكشف عنه في سبتمبر 2017.
تتميز سيارة مرسيدس عن منافسيها بأنها لا تعتمد فقط على خلايا الوقود التي يبلغ مداها 447 كم، ولكن تم تصميم خلية الوقود GLC كنموذج هجين يسمح بشحن البطارية عبر المقبس المحلي، لتوفير نطاق إضافي بحوالي 49 كم.
سبقتها شقيقتها الشهيرة، إذ أعلنت الشركة أنها ستكمل عملية صناعة أول سيارة للشركة باستخدام خلايا وقود الهيدروجين، مما فتح المجال للمنافسة على نطاق واسع.
أعلنت شركة جنرال موتورز في الولايات المتحدة الأمريكية أولا عن استخدام تكنولوجيا خلايا الوقود، حيث أشار مارك روس، كبير المسؤولين عن المنتجات في الشركة، في يناير 2016، إلى أن الشركة وقعت عقدا لمدة عامين مع وزارة الدفاع الأمريكية (البنتاغون) لتزويد السيارات التي تعمل بخلايا الوقود.
إيجابيات وسلبيات سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية
هل يمكن أن يصبح الهيدروجين الناجح في إنقاذنا من الوقود الأحفوري المسؤول عن الاحتباس الحراري والتلوث المزعج؟ عند الحديث عن إنتاج كميات ضخمة واستخدام واسع لمركبات الوقود الهيدروجينية، نواجه مشكلتين رئيسيتين:
- التكلفة العالية لإنتاج خلايا الوقود.
- عدم وجود شبكة للتزود بالوقود بالهيدروجين.
التكلفة العالية لبناء خلايا وقود الهيدروجين
تعتبر تكلفة تصنيع مركبات خلايا الوقود قضية مهمة بسبب التكنولوجيا المتقدمة المطلوبة ينفق صانعو السيارات أكثر من مليون دولار لإنتاج كل سيارة خفضت تويوتا تكاليف الإنتاج لتصل السيارة إلى ما يقرب من 60 ألف دولار في الولايات المتحدة، توجد سيارة Honda FCX Clarity في جنوب كاليفورنيا فقط وقام مصنعون آخرون مؤخرًا بالاستثمار في تطوير نماذج تطابق السوق.
يكون هناك عدد قليل من محطات التعبئة
تعد نقص محطات تعبئة الهيدروجين المشكلة الثانية في هذا المجال، حيث تتردد شركات النفط الكبرى في تركيب خزانات الهيدروجين في محطات الوقود الحالية لأسباب عديدة منها مشكلة السلامة والتكلفة وقلة الطلب على هذه الخزانات، وتحاول هذه الشركات جذب عملائها إلى الاهتمام بمنتجها الأكثر ربحية وهو البنزين، وتوجد عدد قليل من محطات تعبئة الهيدروجين المستقلة في جميع أنحاء الولاية كجزء من شبكة أنشأتها شركة خلايا وقود غير ربحية في كاليفورنيا.
مزايا الهيدروجين مقارنة بالوقود الأحفوري
يتم استخدام الوقود الأحفوري مثل الفحم والغاز الطبيعي والنفط لتبريد الذي يساعد في الكثير من الأعمال منها تسخين مبانينا وتشغيل سياراتنا وتساهم في العديد من المشاكل المحلية مثل ارتفاع مستويات الجسيمات والمشاكل العالمية مثل ارتفاع درجات الحرارة المنتج الوحيد المطلوب لتشغيل خلية وقود الهيدروجين هو الأكسجين وكمية صغيرة من الماء وكلاهما مفيد لصحة الإنسان والبيئة.
الهيدروجين وعلاقته بالوقود الأحفوري
يتم الحصول على العديد من كميات الهيدروجين في الولايات المتحدة من الوقود الأحفوري أو من عمليات التحليل الكهربائي التي تستخدم الوقود الأحفوري. وهذا يدل على أن المشكلة الرئيسية لا تزال تتمثل في الانبعاثات الناتجة عن استخدام الوقود الأحفوري. وبالتالي، لا يمكن تحقيق حلم استخدام الهيدروجين كوقود صديق للبيئة إلا من خلال استخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وغيرها من مصادر الطاقة البديلة لتوليد الكهرباء اللازمة لمعالجة الوقود الذي سيستخدم في إنتاج الهيدروجين.
الطاقات المتجددة هي مفتاحنا لوقود الهيدروجين
في عام 2005، أجرى باحثو جامعة ستانفورد تقييما للأثر البيئي لثلاثة أنواع من المصادر الطاقة، بما في ذلك الهيدروجين والفحم والغاز الطبيعي، وقاموا بتحليل توليد الطاقة الكهربائية من محطات المياه المعدنية التي تعمل بالرياح. خلص الباحثون إلى أن استخدام السيارات الهجينة التي تعمل بالبنزين والكهرباء يؤدي إلى تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بشكل أكبر من استخدام السيارات التي تعمل بخلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين المستخرج من الفحم. فالفرق بين السيارات الهيدروجينية والكهربائية كبير جدا من حيث تأثيرهما على نقاء البيئة. ومن الأفضل قليلا أن يكون الهيدروجين مشتقا من الغاز الطبيعي.