سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية موجودة، لكن هل تستحق العناء؟

مع وصول مؤخرا ل هوندا الوضوحهناك الآن ثلاث شركات لصناعة السيارات تقدم سيارات تعمل بخلايا وقود الهيدروجين. الأول كان هيونداي اكس 35 في أوائل عام 2013، ثم جاءت تويوتا ميراي - وأكثر من عشرة شركات صناعة سيارات أخرى لديها مركبات تعمل بخلايا الوقود قيد التطوير.

إن قيادة سيارة تعمل بالهيدروجين لها بعض الصعود والهبوط. على الجانب الإيجابي، يمكنك الحصول على الفوائد الخضراء للسيارة الكهربائية دون القلق بشأن النطاق، لأنه يمكنك إعادة ملء السيارة بمزيد من الهيدروجين. ومن الناحية السلبية، فإن محطات التزود بالوقود الهيدروجيني نادرة - على الأقل في الوقت الحالي. من الصعب أيضًا الحصول على الهيدروجين بطريقة صديقة للبيئة وفعالة.

علاوة على ذلك، كما هو الحال مع أي تكنولوجيا جديدة، هناك بعض التردد المفهوم في أن تكون من بين الأشخاص الأوائل لاتخاذ القفزة والالتزام لعدة سنوات (على الأقل) بمصدر طاقة قد ينجح أو لا ينجح. لكن استمر في القراءة وسنقدم لك خلفية كافية يمكنك من خلالها اتخاذ قرارك الخاص.

كيف تعمل خلايا الوقود الهيدروجينية

إن خلية وقود الهيدروجين هي آلة بسيطة. جوهر هذه التقنية هو غشاء تبادل البروتونات. يوجد على أحد جانبي الغشاء هيدروجين نقي، وعلى الجانب الآخر يوجد هواء عادي. يتكون الهواء العادي من حوالي 80% من النيتروجين و20% من الأكسجين، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من المواد الأخرى. يعد غشاء تبادل البروتونات أمرًا بالغ الأهمية، لأن ذرات الهيدروجين والأكسجين تحب حقًا أن تكون معًا. على وجه التحديد، ترغب ذرتا الهيدروجين وذرة الأكسجين دائمًا في الالتقاء معًا لتكوين جزيء الماء. انه شيء جميل. لا تحكم.

سيسمح الغشاء لذرات الهيدروجين بالمرور إلى الأكسجين، ولكن فقط إذا تخلت ذرة الهيدروجين عن إلكترونها في الطريق. لقد وضعنا بذكاء بعض المعادن عالية التوصيل مثل البلاتين على جدران خلية الوقود، بحيث تذهب الإلكترونات إلى هناك وتدور حول خلية الوقود لتعود إلى ذرات الهيدروجين الخاصة بها؛ هذا الإجراء يخلق تيارًا كهربائيًا يمكننا استخدامه. عندما يقترن الأكسجين والهيدروجين ويكتملان مرة أخرى، يكون لدينا جزيء ماء وبعض الكهرباء لمشكلتنا. إذا نظرت إلى خلية الوقود فقط، فيمكنك الحصول على الطاقة دون التسبب في أي تلوث. عبقري!

لغز الهيدروجين

المشكلة الأولى في هذا السيناريو الوردي هي أن الهيدروجين والأكسجين يحبان بعضهما البعض لدرجة أن الهيدروجين الحر لا يوجد بالفعل في غلافنا الجوي. لقد تحول كل شيء إلى الماء الذي يغطي معظم أنحاء الكوكب. لذا، قبل أن نتمكن من الحصول على تلك الطاقة، علينا أن نصنع بعض الهيدروجين السائب لوضعه في خلية وقود الهيدروجين لدينا.

هناك طرق عديدة للحصول على الهيدروجين، وبعضها أكثر سخافة من غيرها. في ال 19^ذ في القرن العشرين، اعتاد الناس على إسقاط برادة الحديد في براميل حمض الكبريتيك. أنتج التفاعل غاز الهيدروجين، الذي قاموا بضخه في بالونات لترتفع في الهواء. إنه ناجح، لكنه في الحقيقة غير ممكن على نطاق واسع، وهناك حرفيًا براميل من النفايات السامة في كل مرة تستخدم فيها هذه الطريقة. دعونا نسمي ذلك غير بداية.

يمكنك أيضًا استخدام الكهرباء لتفكيك جزيئات الماء باستخدام التحليل الكهربائي، وستحصل على الهيدروجين والأكسجين النقي. هذا رائع، لكن قوانين الديناميكا الحرارية تملي أنك لن تحصل أبدًا على نفس القدر من الكهرباء من الهيدروجين الذي تضعه في النظام لتفكيك جزيئات الماء. من الأفضل أن تستخدم الكهرباء لشحن البطارية. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال الكثير من الكهرباء في أمريكا الشمالية يتم إنتاجه عن طريق حرق الفحم، وهو بالتأكيد ليس صديقًا للبيئة.

الطريقة الثالثة للحصول على الهيدروجين تمثل مشكلة بنفس القدر. يمكنك إصلاح الغاز الطبيعي، وتكسير جزيئات الهيدروكربون لتفكيك الهيدروجين. لكن هذا يعني أنك لا تزال تعتمد على الوقود الأحفوري، وعندما تقوم باستخراج الهيدروجين من أجل الطاقة الخضراء، فإنك تنتج أيضًا ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز دفيئة. المفارقة كافية لإمداد مدينة كاملة من محبو موسيقى الجاز بالطاقة.

قبل أن نختتم حديثنا عن توليد الهيدروجين، يتم إجراء الأبحاث حول عملية التمثيل الضوئي للعنصر باستخدام الطحالب. ويبقى أن نرى ما إذا كان هذا سينجح على نطاق واسع، لكنه أفضل من بعض الطرق الأخرى التي تمت تجربتها.

وقود جيد جدًا

إن مشكلة إنتاج الهيدروجين السائب هي العقبة التي تمنعه ​​من أن يكون وقودًا مثاليًا. ومع ذلك، لا يزال من الأنظف تحويل الغاز الطبيعي (أو الميثانول، الذي يمكننا تصنيعه من مخلفات النباتات) إلى هيدروجين وثاني أكسيد الكربون بدلاً من حرق الغاز في محرك الاحتراق الداخلي. ومع زيادة القدرة على توليد الطاقة الشمسية، يمكننا استخدام الكهرباء الناتجة عن الشمس لإنتاج الهيدروجين أيضًا. ما زلنا نعاني من الخسارة الديناميكية الحرارية الشاملة في تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء إلى هيدروجين الكهرباء، ولكن على الأقل لدينا الكثير من أشعة الشمس لاستخدامها، ولا يؤدي ذلك إلى خلق غازات دفيئة في عملية. بالطبع، عليك أن تصنع الألواح الشمسية، وهذا يأتي مع تحدياته الخاصة.

لذلك، على الرغم من أن الهيدروجين ليس مثاليًا، إلا أنه لا يزال وقودًا جيدًا جدًا. إنه أفضل بالتأكيد من حرق النفط الخام المكرر.

تصبح متاحة أكثر

إذا كنت تعيش في أي مكان في أمريكا بخلاف لوس أنجلوس الكبرى أو منطقة خليج سان فرانسيسكو، فلا يزال هذا الأمر برمته أكاديميًا بالنسبة لك. في الوقت الحالي، تقع الغالبية العظمى من البنية التحتية لتزويد الهيدروجين بالوقود في البلاد في كاليفورنيا، ولا يوجد الكثير من المحطات.

في شمال كاليفورنيا، يمكنك الحصول على الهيدروجين من ست محطات في منطقة الخليج، ومحطة واحدة في سكرامنتو، ومحطة وحيدة في تروكي في الطريق إلى رينو. في جنوب كاليفورنيا، لديك 16 محطة في منطقة لوس أنجلوس، بالإضافة إلى محطة في ديل مار بالقرب من سان دييغو ومحطة واحدة في سانتا باربرا.

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هناك ما لا يقل عن 20 محطة جديدة من المقرر افتتاحها في كاليفورنيا هذا العام. تقع جميع المحطات الجديدة في منطقتي لوس أنجلوس والخليج، لذلك على الرغم من أن المناطق الجديدة لم يتم افتتاحها بعد، إلا أن الهيدروجين أصبح أكثر ملاءمة حيث يوجد بالفعل.

شراكة خلايا الوقود في كاليفورنيا لديها خريطة محطات الهيدروجين. يمكنك التحقق ومعرفة ما إذا كنت تعيش وتعمل بالقرب من محطة الهيدروجين بما يكفي لجعلها مناسبة لك. وتؤكد وزارة الطاقة الأمريكية أيضًا خريطة وطنية على موقع مركز بيانات الوقود البديل الخاص بها، لكن محطات الهيدروجين الوحيدة المدرجة خارج كاليفورنيا هي واحدة في ماساتشوستس، وواحدة في كونيتيكت، وواحدة في كارولينا الجنوبية.

لماذا سترى المزيد من سيارات الهيدروجين في المستقبل؟

لكي تفهم حقًا السيارة التي تعمل بالهيدروجين، عليك أن تنظر إليها في السياق الأكبر للسيارات الكهربائية. القاعدة الأساسية للوقود البديل هي أنه لا يوجد حل واحد ينجح في كل حالة. من المرجح أن تستغرق السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية وقتًا طويلاً لإعادة شحنها في المستقبل المنظور، وسيكون نطاق السيارات الكهربائية ذات الأسعار المعقولة محدودًا. لا تزال السيارات الهجينة وحتى السيارات الهجينة تستخدم الوقود الأحفوري عند مستوى ما، ولكن يمكنك ركوبها والقيادة لمسافات طويلة مع التزود بالوقود بسهولة. تعمل طاقة الهيدروجين على سد هذه الفجوة، مما يمنحك سيارة خالية من الانبعاثات يمكنك إعادة تزويدها بالوقود مثل سيارة تعمل بالبنزين، بشرط وجود محطة هيدروجين حيث تحتاج إليها. وفي هذا السياق، هناك مكان للسيارات التي تعمل بالهيدروجين في عالمنا.

توصيات المحررين

• يستمر التطور الإلكتروني لتويوتا مع 2021 Mirai و2021 RAV4 Plugin
• تستخدم تويوتا خلايا وقود الهيدروجين لتشغيل أحد مصانعها اليابانية
• سترافق سيارة تويوتا ذاتية القيادة الشعلة الأولمبية لعام 2020 في طوكيو
• Skai هي سيارة طائرة متعددة الأغراض تعمل بخلايا وقود الهيدروجين
• الجيل الثاني من شاحنة تويوتا التي تعمل بخلايا الوقود الهيدروجيني موجودة على المدى القصير