تلاش برای کاهش انتشار آلایندههای زیستمحیطی و بهبود بهرهوری انرژی، باعث شده تا خودروسازان بهدنبال راهکارهای متنوعی برای جایگزینی موتورهای درونسوز متداول باشند. از یک سو، خودروهای برقی و هیبریدی با پشتوانه فناوری باتریهای لیتیوم-یونی یا نیکل-متال هیدرید، حرفهای زیادی برای گفتن دارند و از سوی دیگر، خودروهای هیدروژنی با سلول سوختی (Fuel Cell) پیشنهاد جذابی برای سفرهای پاک و بدون آلایندگی مستقیم ارائه میکنند.
با همه این پیشرفتها، هنوز دستیابی به یک فناوری واحد که تمام نیازهای جامعه را پاسخ دهد، ساده نیست. از همین رو، ترکیبی از راهکارهای مختلف مطرح شده است و در این میان ایده تلفیق سیستمهای هیبریدی با فناوری هیدروژنی در خودروها بیش از گذشته مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، به بررسی دلایل آیندهدار بودن ترکیب هیبریدیها و خودروهای هیدروژنی میپردازیم.
مروری بر فناوری خودروهای هیدروژنی
خودروهای هیدروژنی مجهز به فناوری «سلول سوختی» (Fuel Cell) هستند. در این سیستم، گاز هیدروژن با اکسیژن هوا ترکیب میشود و حاصل آن تولید جریان الکتریکی و بخار آب بهعنوان محصول جانبی است.این جریان الکتریکی، موتور (یا موتورهای) الکتریکی خودرو را تغذیه میکند.
مهمترین مزایای خودروهای هیدروژنی:
- صفر بودن آلایندگی مستقیم: خروجی اگزوز چنین خودروهایی عملاً بخار آب است و هیچگونه آلاینده دیگری تولید نمیشود.
- زمان سوختگیری کوتاه: برخلاف شارژ باتری خودروهای الکتریکی که ممکن است چندین ساعت زمان ببرد، پر کردن مخزن هیدروژن در خودروهای هیدروژنی تقریباً به اندازه بنزین زدن زمان میبرد (چند دقیقه).
- برد زیاد: خودروهای هیدروژنی میتوانند با یک بار سوختگیری، مسافت قابل توجهی را طی کنند و از این نظر، عملکردی مشابه خودروهای بنزینی دارند.
چالشهای خودروهای هیدروژنی:
- زیرساخت ناکافی: ایستگاههای سوختگیری هیدروژن در مقایسه با پمپبنزینها و حتی ایستگاههای شارژ الکتریکی هنوز بسیار محدود هستند.
- هزینه بالا: تولید و توزیع هیدروژن، ساخت مخزنهای فشارقوی و سلول سوختی هنوز گرانقیمت است و همین امر بر بهای نهایی خودرو تأثیر میگذارد.
- امنیت و ذخیرهسازی هیدروژن: هیدروژن گازی سبک و فرار است و نیاز به مخازن مقاوم در برابر فشار بالا دارد.این موضوع موجب نگرانیهایی در زمینه ایمنی شده است.
جایگاه خودروهای هیبریدی در کاهش آلایندگی
خودروهای هیبریدی از ترکیب موتور درونسوز (بنزینی یا دیزلی) و یک یا چند موتور الکتریکی بهره میبرند. این ساختار دوگانه باعث کاهش مصرف سوخت و آلایندگی نسبت به خودروهای متداول درونسوز میشود؛ زیرا در بسیاری از شرایط رانندگی (مانند ترافیک شهری یا سرعت پایین)، موتور الکتریکی فعال است و زمانی که نیاز به توان بیشتری داریم، موتور درونسوز وارد عمل میشود. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد خودروهای هیبریدی و تفاوت آنها با خودروهای برقی میتوانید این مقاله را مطالعه کنید.
هرچند خودروهای هیبریدی نسبت به مدلهای بنزینی آلایندگی بسیار کمتری دارند، اما همچنان در صورت استفاده از موتور درونسوز، گازهای گلخانهای و سایر آلایندهها تولید میکنند. برای رسیدن به سطوح آلایندگی صفر یا نزدیک به صفر، لازم است یا نقش موتور درونسوز را کمرنگ کرد یا منبع انرژی را تغییر داد.
ایده ترکیب سیستمهای هیبریدی با سلول سوختی
ترکیب هیبریدیها و خودروهای هیدروژنی در واقع به این معناست که نیروی پیشران خودرو نهتنها از سلول سوختی تأمین میشود، بلکه باتریهای قابل شارژی نیز در کنار آن ایفای نقش میکنند. به بیان دیگر، همانطور که در خودروهای هیبریدی معمولی، موتور درونسوز و موتور الکتریکی توأمان کار میکنند، در خودروهای هیدروژنی هیبریدی، سلول سوختی و سیستم باتری در کنار یکدیگر وظیفه تأمین توان را بر عهده دارند.
مزیت اصلی این ساختار آن است که محدودیتهای هر یک از فناوریها را تا حد زیادی پوشش میدهد:
- سلول سوختی: مناسب برای تأمین توان پیوسته و برد زیاد، اما ممکن است در پاسخدهی آنی به تغییرات توان، محدودیت داشته باشد.
- باتری: مناسب برای تأمین گشتاور ناگهانی و بهبود شتاب، اما ظرفیت و برد محدودتری دارد و به زیرساخت شارژ نیازمند است.
در ساختار هیبریدی هیدروژنی، هنگامی که راننده به شتابگیری ناگهانی نیاز دارد، باتری انرژی اضافی را تأمین میکند و سلول سوختی با توان پیوسته و پایدار خود، شارژ باتری را در طول رانندگی جبران میکند. این تعامل، هم منجر به بهبود راندمان انرژی میشود و هم وابستگی کامل به ایستگاههای هیدروژن را کاهش میدهد.
مزایای همافزایی (Synergy) در ترکیب سلول سوختی و باتری
- افزایش انعطافپذیری در تأمین توان: خودروهای هیدروژنی هیبریدی میتوانند شرایط رانندگی مختلف را به شکل بهینه مدیریت کنند. در سرعتهای پایین یا لحظه آغاز حرکت (که نیاز به گشتاور بالاست)، باتریها وارد عمل میشوند. در سرعتهای بالا یا پیمایش طولانی نیز سلول سوختی با توان ثابت بار اصلی را به عهده میگیرد.
- کاهش اندازه و هزینه سلول سوختی: اگر کل نیاز توان خودرو از سلول سوختی تأمین شود، ماژول سلول سوختی باید بزرگ و پرهزینه باشد. اما در ترکیب هیبریدی، سلول سوختی میتواند ظرفیت کمتری داشته باشد، زیرا بخشی از نیاز توان و گشتاور لحظهای بر عهده باتری است.در نتیجه، هزینهها کاهش پیدا میکند.
- بهرهگیری از بازیابی انرژی ترمز: همانند خودروهای هیبریدی و برقی، خودروهای هیدروژنی هیبریدی نیز میتوانند انرژی ترمز را به باتری منتقل کنند و بازده کلی را بالاتر ببرند.این موضوع به صرفهجویی در مصرف هیدروژن کمک میکند.
- کاهش وابستگی به ایستگاههای هیدروژن: در برخی طراحیها ممکن است امکان شارژ باتری از منابع برق شهری نیز فراهم باشد. به این ترتیب، اگر راننده مسیر کوتاه یا درونشهری طی میکند، نیازی به سوختگیری مکرر هیدروژن نخواهد بود و بخش عمدهای از انرژی از باتری تأمین خواهد شد.
چالشهای پیش رو در توسعه هیبریدی-هیدروژنیها
اگرچه ایده ترکیب هیبریدی و هیدروژن بسیار جذاب است، اما چالشهایی نیز وجود دارد:
- هزینه ساخت و زیرساخت: هنوز فناوری سلول سوختی و مخازن هیدروژن در مرحلهای است که هزینه تولید بالایی دارد. ساختار هیبریدی به این معنی است که علاوه بر هزینههای مرتبط با سلول سوختی، باید هزینه باتری و سیستم مدیریت الکترونیکِ پیچیدهتر را نیز در نظر گرفت.
- فضا و وزن: وجود دو منبع توان (سلول سوختی و باتری) و همچنین مخازن فشار قوی هیدروژن نیازمند فضای فیزیکی بیشتر است. وزن اضافی نیز میتواند بر شتاب و راندمان خودرو اثر بگذارد. مهندسان باید در طراحی بدنه و شاسی، تعادلی میان وزن، استحکام و آیرودینامیک برقرار کنند.
- پایداری هیدروژن سبز: بسیاری معتقدند استفاده از هیدروژن تنها در صورتی سبز و پاک است که خود هیدروژن از طریق انرژیهای تجدیدپذیر (مثل باد یا خورشید) تولید شود. اگر این هیدروژن از سوختهای فسیلی تولید شود، آلودگی فقط به بخشی دیگر از زنجیره تولید و توزیع منتقل میگردد.
- فرهنگسازی و اعتماد مردم: خودروهای هیدروژنی هنوز برای بسیاری از رانندگان ناشناخته هستند و نگرانیهایی درباره ایمنی آنها وجود دارد. ترکیب فناوری هیدروژنی و هیبریدی پیچیدگی بیشتری دارد و نیازمند آموزشها، استانداردها و کارگاههای تخصصی است تا مردم و متخصصان به آن اعتماد کنند.
مزایای زیستمحیطی ترکیب هیبریدی-هیدروژنی
- کاهش چشمگیر آلایندگی: با حذف یا کاهش استفاده از موتور درونسوز، میزان انتشار دیاکسید کربن و سایر آلایندهها تقریباً به صفر میرسد.
- استفاده مؤثر از انرژیهای تجدیدپذیر: اگر هیدروژن از منابع تجدیدپذیر تولید شود و باتریها نیز با برق پاک شارژ شوند، کل زنجیره مصرف انرژی خودرو عاری از سوختهای فسیلی خواهد بود.
- کاهش آلودگی صوتی: موتورهای الکتریکی و سلول سوختی بسیار کمصدا هستند.استفاده از چنین ترکیبی میتواند به کاهش آلودگی صوتی در شهرهای شلوغ کمک کند.
چشمانداز بلندمدت ترکیب هیبریدی-هیدروژنی
در یک چشمانداز کلان، ترکیب هیبریدیها و خودروهای هیدروژنی بهدلیل تلفیق مزایای هر دو فناوری و پوشش نقاط ضعف متقابل، راهکاری آیندهدار بهنظر میرسد.چنین رویکردی میتواند:
- وابستگی خودروها به زیرساختهای محدود هیدروژنی را کاهش دهد.
- عملکرد رانندگی نرمتر و قدرتمندتری را به ارمغان آورد.
- به کاهش آلایندگی و مصرف سوختهای فسیلی کمک شایانی کند.
هرچند هنوز موانع فنی، اقتصادی و زیرساختی متعددی وجود دارد، اما روند رو به رشد پژوهشها و سرمایهگذاریها نشان میدهد که صنعت خودروسازی و دولتها به سمت بسط زیرساختهای هیدروژنی و بهبود فناوری سلول سوختی حرکت میکنند. در نتیجه میتوان انتظار داشت که در سالهای آتی، خودروهای هیدروژنی هیبریدی به یکی از گزینههای جدی و محبوب در بازار خودروهای پاک تبدیل شوند.
شرکت نبکا در سبد محصولات خود، خودروهای هیبریدی را نیز عرضه میکند و در این زمینه بهطور پیوسته در حال تلاش برای توسعه فناوریهای مرتبط است. این شرکت با تکیه بر بهرهوری انرژی و کاهش آلایندگی، سعی میکند تا نیازهای متنوع مشتریان را پاسخ دهد و جایگاه خود را در بازار خودروهای پاک تقویت کند.
