سيارات الهيدروجين: التشغيل والمزايا والمستقبل

تخيل سيارة لا ينبعث منها دخان أو غازات ملوثة أثناء تحركها، وبدلاً من استخدام البنزين أو الديزل، تستخدم الهيدروجين كوقود. شكرا ل خلية وقود الهيدروجين في السياراتوهذا ليس مفهوما مستقبليا، بل واقعا متاحا. يتساءل المزيد والمزيد من الناس عن كيفية عمل هذه التكنولوجيا وما هي مزاياها، حيث يتم وضعها كبديل بيئي للوقود الأحفوري.

في هذه المقالة، سوف نستكشف بدقة ما هي خلية وقود الهيدروجين في السيارات، وكيف تعمل، ومزاياها وعيوبها والجوانب الأكثر أهمية التي يجب أن تعرفها.

ما هي خلية الوقود الهيدروجينية في السيارات؟

في جوهرها ، أ خلية الهيدروجين هو جهاز يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للهيدروجين إلى طاقة كهربائية. من خلال عملية كهروكيميائية، يتم دمج الهيدروجين مع الأكسجين من الهواء لتوليد الكهرباء والماء والحرارة كمنتجات ثانوية. وتستخدم هذه الكهرباء لتشغيل محرك كهربائي يدفع عجلات السيارة، مما ينتج عنه سيارة خالية من الانبعاثات، حيث أنها لا تنتج غازات ملوثة.

الجهاز مكون من الخلايا الفرديةيحتوي كل منهما على قطبين كهربائيين: الأنود والكاثود، ويفصل بينهما مادة إلكتروليتية. يتم إدخال الهيدروجين في الأنود، ويتحلل إلى بروتونات وإلكترونات، وتقوم الأخيرة بتوليد الكهرباء عن طريق المرور عبر دائرة خارجية. وفي الوقت نفسه، عند الكاثود، تتحد البروتونات والإلكترونات والأكسجين لتكوين الماء، مما يضمن أن المنتج الثانوي الوحيد هو بخار الماء. تجعل هذه العملية من خلية وقود الهيدروجين خيارًا جذابًا للغاية للتنقل المستدام.

كيف تعمل سيارة الهيدروجين

سيارة الهيدروجين، على الرغم من كونها سيارة كهربائية، إلا أنها تعمل بشكل مختلف عن السيارات الكهربائية التقليدية. والفرق الرئيسي هو أنه في مركبات خلايا الوقود الهيدروجينيةويتم توليد الكهرباء على متن السيارة، بدلاً من الاعتماد على البطاريات التي كانت تخزن الطاقة سابقاً.

تبدأ العملية بالهيدروجين المخزن تحت ضغط عالٍ في خزانات متخصصة، ثم يتم إرساله إلى خلايا الوقود. داخل هذه الخلايا، يتم خلط الهيدروجين مع الأكسجين لتوليد الكهرباء. والناتج الثانوي لهذا التفاعل هو الماء، مما يعني أن السيارة بها أنبوب عادم، لكنه ينبعث منه بخار الماء فقط. يتم توزيع الكهرباء المولدة بين البطارية والمحرك الكهربائي للسيارة. في بعض الحالات، يتم الحصول على الطاقة أيضًا من الكبح المتجدد، الذي يعيد شحن البطارية أثناء قيادة السيارة.

هذه التكنولوجيا ذات كفاءة عالية، منذ ذلك الحين يحول كمية أكبر من الطاقة في العمل المفيد مقارنة بمحركات الاحتراق الداخلي، مما يجعل مركبات الهيدروجين خيارًا أكثر خضرة وأكثر كفاءة.

مزايا سيارات الهيدروجين

الكثير سيارات الهيدروجين إنها تقدم سلسلة من المزايا التي تجعلها خيارًا واعدًا لمستقبل التنقل:

• صفر انبعاثات ملوثة: من خلال عدم إنتاج ثاني أكسيد الكربون أو أنواع أخرى من الغازات الضارة، فهو خيار ممتاز لتقليل التلوث في المدن والمساهمة في مكافحة تغير المناخ.
• قدر أكبر من الحكم الذاتي: يمكن لسيارات الهيدروجين السفر لمسافات تصل إلى 600 كيلومتر بخزان واحد، متفوقة على السيارات الكهربائية التقليدية في كثير من الحالات.
• شحن سريع: يستغرق التزود بالوقود بالهيدروجين ما بين 3 إلى 5 دقائق، وهي أوقات مماثلة لتلك التي تستغرقها سيارة الاحتراق، مما يقلل من القلق بشأن إعادة الشحن مقارنة بالسيارات الكهربائية.
• سهولة الصيانة: تتطلب محركات السيارات الهيدروجينية صيانة أقل من محركات الاحتراق الداخلي، وذلك بسبب قلة الأجزاء المتحركة وغياب الوقود الأحفوري.
• أداء أفضل في الظروف القاسية: على عكس السيارات الكهربائية، التي قد تشهد انخفاضًا في أدائها في المناخات الباردة، تحافظ سيارات الهيدروجين على أداء أكثر استقرارًا في درجات الحرارة القصوى.

العيوب والمشاكل

لكن على الرغم من مميزاتها، تواجه تقنية خلايا الوقود الهيدروجيني عدة تحديات يجب التغلب عليها حتى يتم اعتماد هذه التقنية على نطاق واسع:

• ارتفاع تكلفة الهيدروجين: على الرغم من أنه العنصر الأكثر وفرة في الكون، إلا أن الهيدروجين غير متوفر في شكله النقي على الأرض. والحصول عليها عملية مكلفة وتستهلك الكثير من الطاقة. الطريقة الأكثر شيوعًا هي التحليل الكهربائي، الذي يتطلب كمية كبيرة من الطاقة، مما يجعل إنتاجه أكثر تكلفة.
• بنية تحتية محدودة: في العديد من البلدان، البنية التحتية لمحطات الهيدروجين محدودة للغاية. على سبيل المثال، في إسبانيا، لا يوجد سوى عدد قليل منها (في مدن مثل هويسكا وإشبيلية وسرقسطة ومدريد)، مما يمثل عقبة رئيسية أمام التبني الجماعي.
• تخزين معقد: الهيدروجين غاز خفيف للغاية ومتطاير، مما يجعل تخزينه معقدًا. يتطلب خزانات خاصة تزيد من وزن المركبة وتعقيد النظام.
• ارتفاع تكلفة المركبات: تعتبر سيارات الهيدروجين باهظة الثمن حاليًا، على الرغم من أنه من المتوقع أن تنخفض التكاليف مع تطور التكنولوجيا وتطور وفورات الحجم.

مستقبل سيارات الهيدروجين

وفي حين أن تكنولوجيا السيارات الهيدروجينية لا تزال قيد التطوير، فمن المتوقع أن تلعب دورًا حاسمًا في مستقبل التنقل المستدام. ومع تزايد المخاوف بشأن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون واللوائح الصارمة بشكل متزايد، يستثمر المصنعون المزيد والمزيد في هذه التكنولوجيا.

بالإضافة إلى ذلك، يتم إحراز تقدم كبير في تحسين كفاءة خلايا الوقود وخفض تكاليف إنتاج الهيدروجين، وهو ما من المرجح أن يساهم في اعتماده على نطاق واسع في العقد المقبل. ومع زيادة البنية التحتية للتزود بالوقود والتقدم التكنولوجي، يمكن أن يكون الهيدروجين أحد العناصر الأساسية لتحقيق أهداف التنقل الخالي من الانبعاثات في جميع أنحاء العالم.

وهناك العديد من العلامات التجارية التي تراهن على هذه التكنولوجيا مثل تويوتا وهيونداي وهوندا، مع موديلات مثل ميراي ونيكسو، بالإضافة إلى شركة بي إم دبليو التي تواصل ابتكاراتها في هذا المجال. تقوم هذه العلامات التجارية بالفعل بتنفيذ تحسينات على أنظمة خلايا وقود الهيدروجين الخاصة بها، مثل نطاق أكبر وتكاليف إنتاج أقل، مما قد يجعل هذه السيارات في متناول الجماهير في المستقبل القريب. على الرغم من أن البنية التحتية العالمية للهيدروجين محدودة، فمن المتوقع أن تتوسع بشكل كبير في العقود المقبلة.

من ناحية أخرى، وضع الاتحاد الأوروبي أهدافا طموحة لإنتاج الهيدروجين الأخضر المشتق من الطاقات المتجددة. وهذا يمكن أن يساعد في تقليل تكلفة هذا الوقود وتسهيل استخدامه في مركبات الهيدروجين، مما يحقق خفض الانبعاثات والاستقلال عن الوقود الأحفوري. وإذا استمرت هذه التكنولوجيا في التطور، فيمكن لسيارات الهيدروجين أن تكمل السيارات الكهربائية بل وتتفوق عليها في جوانب معينة، مثل القيادة الذاتية وسرعة التزود بالوقود.