سيارات الهيدروجين تكافح لمنافسة المركبات الكهربائية

تكافح سيارات الهيدروجين لتنافس المركبات الكهربائية، ففي الوقت الذي تدعم دول مثل الصين والاتحاد الأوروبي وأميركا الشمالية، كهربة معظم المجتمعات الصناعية، والتي نجحت بشكل كبير، وتقدم أنظمة وإعانات لشركات تصنيع السيارات نحو التكنولوجيات البديلة، إلا أن الهيدروجين ليس جزءا من هذا الدعم.
التوجه للكهرباء
شركات السيارات بدأت تسير في اتجاه الكهرباء، إذ بدأت شركة تيسلا التابعة لإليون ماسك، وتعدّ أحد أول المنافسين المتصدرين في الاتجاه نحو الكهرباء، وبدأت تحذو حذوها جميع علامات السيارات التجارية الكبرى، وتقدم موديلات لمركبات كهربائية مخططة للسنوات المقبلة، ولكن الهيدروجين ليس ضمن خططها.
تكاليف عالية
الهيدروجين الجسيم الأصغر والأكثر وفرة في الكون، والذي قد تم وصفه على أنه بديل تكنولوجي صديق للبيئة، مقارنةً بالمركبات الكهربائية، لديه إيجابيات وسلبيات فيما يخص تطبيقه لأهداف وتخزين النقل، ولكن التكنولوجيا وراء خلايا الوقود، والتكنولوجيا المستخدمة لتزويد سيارات الهيدروجين بالطاقة، قد فشلت في إقناع عامة الناس والمستهلكين، لسبب بسيط وهو التكاليف العالية.
كمية ماء كبيرة
الهيدروجين، أو H2 كما يُسمى في عالم العلوم، بالإمكان أن يتم إنتاجه عن طريق طريقة صديقة للبيئة تُسمى «التحلل المائي»، أو عن طريق عملية «إصلاح» الغاز الطبيعي، وهي الطريقة لإنتاج 95% من الهيدروجين في السوق.
سبب انخفاض تطبيق التحلل المائي، هو كمية الماء الكبيرة المطلوبة لإنتاجه. مركبة خلية الوقود تحتاج إلى 13 جالونا من الماء لكل ميل.
بشكل عام، إصلاح الغاز الطبيعي عن طريق إنشاء تفاعل مع ثاني أكسيد الكربون تحت البخار، ذي درجة حرارة عالية، هو الطريقة الأرخص والأكثر فاعلية.
خلية الوقود ب225 ألف ريال
في الوقت الراهن، فقط تويوتا وهيونداي وهوندا، هي التي تقدم مركبات خلايا الوقود والتي تكون بأسعار عالية جدا مقارنة بالمركبات الأخرى ذات الحجم والقدرات كليهما. في الولايات المتحدة، في المتوسط، تكلف مركبة خلية الوقود 60 ألف دولار «225 ألف ريال»، وهذا السعر أكثر بكثير من موديلات المركبات الكهربائية.
ضرورة المعادن المكلفة بما فيها البلاتين والتيتانيوم وألياف الكربون لإنتاج خلية الوقود وأنظمة تخزين الهيدروجين تعني أسعارا أعلى.
كذلك، مركبات خلايا الوقود المعروضة في السوق حاليا ليست منتجة بالجملة. وهذا يعني أن تخفيضات التكلفة الكبيرة أمر ممكن مع مرور الوقت، إذا تم استثمار المصادر الضرورية في الدراسات المستقبلية.
42 ريالا للهيدروجين
عدم كفاءة وارتفاع تكاليف إنتاج الهيدروجين، هما الجوانب السلبية لمركبات خلايا الوقود. يكلف الهيدروجين 10 يورو «42 ريالا» لكل كيلوجرام في الاتحاد الأوروبي، و14 دولارا «52.5 ريالا» في الولايات المتحدة، وهو كاف
ل100 كلم أو 62 ميلا. على العكس، المركبات الكهربائية أكثر كفاءة ب31% فقط من خسارة الطاقة. في حالة مركبات خلايا الوقود، فإن التحويل والتحليل الكهربائي،
وتحويل الهيدروجين إلى كهرباء، يتطلب كمية كبيرة من الطاقة، مما يؤثر على كفاءتها.
الاستثمار أقل في الكهرباء
بإمكان الهيدروجين أن يزوّد المركبة بالطاقة عن طريق استخدام محرك الاحتراق الداخلي أو عبر خلية وقود. كذلك، تخزين الهيدروجين، إما في شكلٍ مُسال أو مضغوط يؤثر على كفاءة الوقود، إضافة إلى ذلك، فإن مركبات خلايا الوقود تتطلب بنية تحتية إضافية لنقل الهيدروجين إلى المستهلكين، وسيكون النظام مشابها لقطاع النفط التقليدي مثل خطوط الأنابيب والمخازن ومحطات التزود بالوقود، ولكن المركبات الكهربائية تتطلب استثمارا أقل بكثير في البنية التحتية للنقل، وذلك بسبب شبكة الكهرباء الموجودة بالفعل مسبقا. على الرغم من توسع السعة التي يُمكن أن تكون مطلوبة، إلا أنه لدى المركبات الكهربائية القيمة المضافة التي بالإمكان استخدامها كبطاريات لتطبيقات الشبكة الذكية.
تحديات أقل في الهيدروجين
التكنولوجيا وراء المركبات الكهربائية جاهزة كي تستخدم على نطاق كبير، مما قد يؤدي إلى زيادة كبيرة في المبيعات لدى جميع شركات السيارات التي بدأت تدخل هذا السوق. ولكن الإنتاج الضخم للبطاريات قد يكون خطرا، نظرا لندرة الموارد.
مركبات خلايا الوقود لا تتشارك في المشكلات نفسها، ولكنها تواجه تحديات أخرى يجب أن تتجاوزها.
وعود يابانية محفزة لمنافسة الكهرباء
في البداية، تكاليف إنتاج المركبات التي تعمل بالهيدروجين يجب أن تنخفض عن طريق الإنتاج الضخم، واستبدال المعادن المكلفة. كذلك تحسين كفاءة إنتاج الهيدروجين عبر الطرق الصديقة للبيئة والتي ستقوّي من مكانة مركبات خلايا الوقود كبديل للسيارات التي تعمل بالوقود الأحفوري. الاستخدام المتزايد للطاقة المتجددة والوعد الذي قدمته شركات السيارات اليابانية بتقليل التكاليف، قد تكون محفزات لدفع مركبات خلايا الوقود لتكون منافسة للمركبات الكهربائية.
ما سيارة خلايا وقود الهيدروجين
بشكل عام، تحوي سيارات خلايا وقود الهيدروجين خزانَ الهيدروجين «يتم استخراج الهيدروجين من مصدر آخر قبل أن يذهب إلى الخزان -عادةً من الميثان أو غاز طبيعي- ويقوم الخزّان بتغذية خلية الوقود، والتي فيها يخضع الهيدروجين والأكسجين لتفاعل كيميائي كهربائي لإنتاج الكهرباء لتزويد المحرك الكهربائي بالطاقة، ومن الأمثلة لمركبات خلايا وقود الهيدروجين على الطرق الآن، تويوتا ميراي، وهوندا كلاريتي، وهيونداي ix35.
دعم سيارات وقود الهيدروجين
تحتاج السيارات التي تتغذى بالهيدروجين إلى حجم كبير من المستهلكين المحتملين حتى يتم تنفيذها، إلى جانب دعم الحكومة، لذك مستقبل سيارات خلايا الوقود يعتمد على هذه الإعانات والدعم المقدمة من الحكومة، والتطوير والتنمية من الشركات
والمستهلكين، ومثل تطوير السيارات الكهربائية، فإن مركبات خلايا وقود الهيدروجين ستتطور أكثر مع مرور الوقت، إذ أصبحت التكنولوجيا أرخص، وهذا سيجعل من سيارات خلايا الوقود أكثر جاذبيةً لدى عدد أكبر من الناس، وسيساعدها على أن تصبح أكثر انتشارا.
إيقاف سيارات الهيدروجين
أوقفت تويوتا وهيونداي مبيعات مركبات خلايا الوقود في النرويج، وذلك بعد انفجار إحدى محطات تزويد الوقود الهيدروجيني هناك، كما أوقفتا العمليات في مواقعها الأخرى أيضا.
وكان انفجار محطة الهيدروجين Uno-X في ساندفيكا في باروم، والذي حدث الإثنين الماضي، نتجت عنه إصابتان في مركبة عادية قريبة، كما ذكر الموقع الإخباري Electrek.
يقول المدير التنفيذي للشركة المشغلة لمحطة التزويد بوقود الهيدروجين Nel Hydrogen جون أندريه لوك: «ما زال الوقت مبكرا جدا كي نتوقع ما السبب وما الخلل الذي وقع»، مضيفا «أولويتنا الأولى هو التشغيل الآمن للمحطات التي قد قدمناها. كأحد الإجراءات الاحترازية، لقد قمنا بالإيقاف المؤقت ل10 محطات أخرى انتظارا لمزيد من المعلومات».
من جهته، يقول مدير تويوتا النرويج إسبن أولسن، إنه سيتم عرض سيارات ميراي تويوتا لمركبات القروض، إذ إن العملاء هنالك لا يستطيعون في الوقت الراهن أن يزودوا مركباتهم بالهيدروجين، لكن تويوتا تصر على أن الوضع لن يغير من منظورها لمركبات خلايا الوقود، قائلةً إنها على الأقل آمنة تماما مثل السيارات العادية، كما ذكر موقع Electrek، فيما قامت هيونداي التي تقدم كذلك مركبات خلايا الوقود في النرويج، قد قامت بإعلانات مماثلة.
العناصر الأساسية للسيارات التي تعمل بالهيدروجين والكهرباء
- البطارية»إضافية«
في سيارة القيادة الكهربائية، فإن البطارية الإضافية تقدم الكهرباء لبدء تشغيل السيارة قبل أن تعمل بطارية الجر، وكذلك تزود إكسسوارات المركبة بالطاقة
- حزمة البطارية
هذه البطارية تخزن الطاقة المولدة من الفرملة المتجددة، وتقدم الطاقة المكملة لمحرك الجر الكهربائي
- محول محرك التيار المستمر
هذا الجهاز يعمل على تحويل طاقة محرك التيار المستمر، ذات الجهد العالي، من حزمة بطارية السحب إلى طاقة محرك التيار المستمر ذات الجهد المنخفض، والتي تكون مطلوبة لتشغيل إكسسوارات المركبة، وإعادة شحن البطارية الإضافية
- محرك الجر الكهربائي»مركبات خلايا الوقود الكهربائية«
باستخدام الطاقة القادمة من خلية الوقود وحزمة بطارية الجر، هذا المحرك يقوم بتحريك عجلات المركبة. بعض المركبات تستخدم مولدات المحرك التي تقوم بوظائف الحركة وإعادة التوليد
- كومة خلايا الوقود
مجموعة من أقطاب الغشاء الكهربائية الفردية التي تستخدم الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الكهرباء
- مُعبئ خزان الوقود
هذه هي الفوهة التي تستخدم لإضافة الوقود إلى الخزان
- خزان الوقود»الهيدروجين«
يخزن غاز الهيدروجين على لوح المركبة، حتى يكون مطلوبًا من خلية الوقود
- وحدة التحكم في إلكترونيات الطاقة»مركبات خلايا الوقود الكهربائية«
هذه الوحدة تدير تدفق الطاقة الكهربائية المزودة عن طريق خلية الوقود وبطارية الجر، متحكمةً في سرعة محرك الجر الكهربائي، وعزم الدوران الذي تنتجه
- النظام الحراري»التبريد«–»مركبات خلايا الوقود الكهربائية«
هذا النظام يحافظ على نطاق درجة حرارة التشغيل المناسبة لخلية الوقود، والمحرك الكهربائي، وإلكترونيات الطاقة، والعناصر الأخرى
- الإرسال والنقل»الكهربائية"
هذا الإرسال ينقل الطاقة الميكانيكية من محرك الجر الكهربائي لتحريك العجلات
سلبيات وإيجابيات سيارات الهيدروجين الآن وفي المستقبل
الإيجابيات
- وقود الهيدروجين صديق للبيئة
- مركبات الهيدروجين ذات كفاءة في استهلاك الوقود
- صيانة أقل
- تجربة قيادة جيدة
- نطاق قيادة ومسافة قيادة أطول مقارنة بالمركبات الكهربائية
- إعادة تعبئة وقود مركبات الهيدروجين سريعة نسبيا
- زيادة المحطات التي يتم بناؤها مع مرور الوقت
- الهيدروجين متوافر بكثرة
- بالإمكان للهيدروجين أن يصبح طاقة متجددة
- بإمكان الهيدروجين أن يبني استقلالا اقتصاديا لبعض الدول
السلبيات
- وقود الهيدروجين حاليا ليس طاقة متجددة
- حاليا، وقود الهيدروجين ليس صديقا للبيئة 100%
- كمية محطات تعبئة الهيدروجين حاليا محدودة
- محطات تعبئة الهيدروجين مكلفة في بنائها وتجهيزها
- الهيدروجين هو أكثر وقود مكلف حاليا
- تكلفة السيارات والمواد عالية مقارنة بأنواع المركبات الأخرى
- المشترون الأوائل لمركبات الهيدروجين قد يخسرون كثيرا
- هنالك بعض المخاطر المحتملة في سلامة وقود الهيدروجين
- خزان الهيدروجين قد يكون معقدا وصعبا
- مركبات الهيدروجين ليست جيدة في جميع الظروف وأنواع المناخ
- هنالك حاليا موديلات واختيارات محدودة في مركبات الهيدروجين
- العرض والبنية التحتية والتكنولوجيا ما تزال بعيدة بسنوات عن كونها مثالية