خودروی هیدروژنی چیست؟ / رقیب جدی برقی‌ها یا مسیر فرعی در آینده؟

امیرمسعود عابدین: در دنیایی که صنعت خودروسازی با سرعتی شگفت‌انگیز به سوی الکتریکی شدن پیش می‌رود، خودروهای هیدروژنی به‌عنوان یکی از گزینه‌های جایگزین سوخت‌های فسیلی همواره مورد توجه بوده‌اند. اما این سوال همچنان باقی است: آیا خودروهای هیدروژنی می‌توانند تهدیدی جدی برای خودروهای برقی باشند یا تنها یک مسیر فرعی در نقشه‌ی حمل‌ و نقل آینده خواهند بود؟

قبل از پاسخ به این سئوال، بیایید نگاهی به خودروهای هیدروژنی بیندازیم؛

تاریخچه و خاستگاه

از سال ۱۸۰۶ که فرانسوا آیزاک دو ریواز نخستین موتور احتراق داخلی هیدروژنی را ساخت، ایده استفاده از این سوخت پاک همواره زنده ماند. در ۱۸۶۰، اتین لنوآر نخستین خودروی عملی هیدروژنی را توسعه داد و در ۱۸۸۹، مفهوم «پیل سوختی» توسط موند و لنگر معرفی شد. هرچند قرن بیستم شاهد سلطه بنزین بود، اما نوآوری‌های هیدروژنی ادامه یافت؛ از کامیون‌های هیدروژنی نروژ در ۱۹۳۳ و تغییر کاربری ناوگان روسیه در ۱۹۴۱ تا ساخت نخستین خودروی پیل سوختی مدرن توسط جنرال موتورز در ۱۹۶۶.

دهه‌های ۷۰ و ۸۰ با نگرانی‌های زیست‌محیطی و کاربردهای نظامی همراه بود و از اواخر قرن بیستم، کشورهایی چون ایسلند و آلمان به سمت استفاده گسترده از هیدروژن حرکت کردند. در هزاره جدید، خودروسازانی مانند تویوتا، هیوندای و بی‌ام‌و سرمایه‌گذاری سنگینی روی مدل‌های پیل سوختی انجام داده‌اند. با کاهش ۸۰ درصدی هزینه‌ها از ۲۰۰۲ تاکنون و رشد پیش‌بینی‌شده ۲۰ درصدی بازار تا ۲۰۲۵، هیدروژن بیش از هر زمان دیگر به سوختی عملی و اقتصادی نزدیک شده است.

در حال حاضر، تنها تعداد محدودی از خودروهای هیدروژنی به‌صورت تجاری در دسترس هستند. تویوتا میرای، هیوندای نکسو و هوندا کلاریتی از معدود مدل‌هایی هستند که در بازارهای خاصی مانند ژاپن، کالیفرنیا و کره جنوبی عرضه می‌شوند. با اینکه تکنولوژی آن‌ها تحسین‌برانگیز است، اما فروش جهانی این خودروها هنوز به مرز ۱۰۰ هزار واحد نرسیده است.

خودروهای هیدروژنی جدیدتر در حال توسعه عبارتند از:

• بی‌ام‌و iX۵

• هوندا CR-V FCEV

• هیوندای استاریا پیل سوختی

• اینئوس گرنادیر FCEV

• کیا FK / هیوندای FK

• کیا کارنیوال FCEV

• لندروور دیفندر

• رنجروور FCEV

• تویوتا هایلوکس هیدروژن 

سازوکار فنی خودروهای هیدروژنی (پیل سوختی)

خودروهای هیدروژنی برق خود را از دستگاهی به نام پیل سوختی می‌گیرند. در این فرایند، گاز هیدروژنِ ذخیره‌شده در مخزن وارد این دستگاه می‌شود و با کمک یک لایه‌ی ویژه، به اجزای کوچک‌تر تقسیم می‌گردد. بخشی از این اجزا، یعنی الکترون‌ها، برای روشن کردن موتور و شارژ باتری به کار می‌روند و بخش دیگر با اکسیژن موجود در هوا ترکیب شده و در نهایت برق، کمی گرما و تنها محصول جانبی یعنی بخار آب تولید می‌شود.

برق حاصل مستقیماً مصرف شده و نیازی به شارژ باتری از طریق برق شهری نیست. باتری داخلی تنها انرژی اضافی (مثلاً از ترمز احیاکننده) را ذخیره می‌کند تا در مواقع نیاز به موتور کمک کند.

اجزای اصلی:

• پیل سوختی: قلب سیستم که هیدروژن و اکسیژن را به برق تبدیل می‌کند.

• مخزن سوخت: ذخیره هیدروژن در فشار بالا و بدنه تقویت‌شده با فیبرکربن.

• موتور الکتریکی: استفاده از برق تولیدی برای حرکت خودرو.

• باتری: ذخیره انرژی اضافی و کمک به شتاب.

• اگزوز: خروج بخار آب خالص به‌عنوان تنها آلاینده.

عملکرد و ویژگی‌ها:

این خودروها بی‌صدا، کم‌مصرف و بدون آلایندگی هستند و بردی مشابه خودروهای بنزینی (حدود ۴۸۰ تا ۶۴۰ کیلومتر) دارند. سوخت‌گیری آن‌ها سریع و مشابه بنزین است، اما هیدروژن فعلاً گران‌تر از بنزین فروخته می‌شود. با این حال، کارایی بالاتر باعث می‌شود مصرف کلی سوخت کمتر باشد.

دسترسی و هزینه‌ها:

مدل‌های سدان و شاسی‌بلند در بازارهای خاص موجود هستند. خرید آن‌ها گران‌تر از مدل‌های بنزینی مشابه است، ولی طرح‌های اجاره اغلب شامل سوخت، سرویس و نگهداری رایگان‌اند که هزینه مالکیت را کاهش می‌دهد. در برخی کشورها نیز مشوق‌های مالی و مجوز استفاده از خطوط ویژه (Carpool lanes) ارائه می‌شود.

آخرین دستاورد مهندسی: 

به تازگی شرکت کامینز به همراه شرکای صنعتی، در پروژه‌ای موسوم به Project Brunel، یک موتور احتراق داخلی هیدروژنی ۶٫۷ لیتری ایجاد کرده‌اند که برای کامیون‌ها و اتوبوس‌های متوسط طراحی شده است. این موتور مبتنی بر پلتفرم معمول موتورهای جرقه‌ای بوده و با بیش از ۹۹٪ کاهش انتشار کربن و سطح بسیار پایین NOx عرضه می‌شود.

مزایا

1. زمان سوخت‌گیری بسیار کوتاه: پر کردن باک هیدروژن کمتر از ۵ دقیقه زمان می‌برد.

2. برد حرکتی بالا: بسیاری از مدل‌های هیدروژنی مانند تویوتا میرای، بردی بیش از ۶۵۰ کیلومتر دارند.

3. آلایندگی صفر: تنها خروجی اگزوز این خودروها بخار آب است.

4. عملکرد در سرما بهتر از خودروهای برقی: عملکرد باتری‌ها در دمای پایین افت می‌کند، اما سلول‌های سوختی این مشکل را کمتر دارند.

معایب و چالش‌ها

اما همه‌چیز به این سادگی نیست؛ تولید، ذخیره و توزیع هیدروژن هنوز بسیار پرهزینه است. بیشتر هیدروژن تجاری امروزی از فرآیندهای فسیلی مانند ریفرمینگ گاز طبیعی به‌دست می‌آید که آلاینده است. همچنین، ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن بسیار نایاب‌اند، حتی در کشورهای پیشرفته. علاوه بر آن، فرآیند فشرده‌سازی و حمل‌ونقل هیدروژن نیازمند انرژی و زیرساخت‌های پیچیده‌ای است.

وضعیت فعلی و آینده هیدروژن

تا سال ۲۰۲۵، بازار خودروهای پیل سوختی هیدروژنی ۸.۳۱ میلیارد دلار آمریکا ارزش‌گذاری شده است، با نرخ رشد پیش‌بینی شده (CAGR) نزدیک به ۲۰ درصد در پنج سال آینده.

با کاهش هزینه‌های پیل سوختی طبق گزارش وزارت انرژی ایالات متحده (DOE)، هزینه‌های پیل سوختی از سال ۲۰۰۲ تا ۸۰ درصد کاهش یافته است. آنها همچنین گزارش دادند که پیشرفت‌های بیشتر در فناوری پیل سوختی می‌تواند قیمت خودروهای هیدروژنی را در عرض یک دهه برای مصرف‌کننده متوسط مقرون‌به‌صرفه کند. همانطور که هیدروژن همچنان به سمت برابری هزینه با سوخت‌های فسیلی پیش می‌رود، سازمان‌های عمومی و خصوصی بیشتری در حال بررسی پتانسیل هیدروژن هستند.

ممکن است زمان بیشتری طول بکشد تا خودروهای پیل سوختی هیدروژنی به دلیل محدودیت‌های زیرساختی، به جریان اصلی تبدیل شوند. با این حال، مطالعات نشان می‌دهد که مردم هیدروژن را به عنوان یک منبع انرژی پاک ترجیح می‌دهند که نشان‌دهنده تغییری در افکار عمومی است. علاوه بر این، بازار برای وسایل نقلیه سنگین و حمل‌ونقل عمومی که با هیدروژن کار می‌کنند، امیدوارکننده است.

تهدید برای خودروهای برقی؟

در کوتاه‌مدت، بعید است که خودروهای هیدروژنی بتوانند بازار خودروهای الکتریکی را تهدید کنند. دلیل اصلی آن، زیرساخت ناکافی و هزینه‌های بالای توسعه است. با این حال، در بخش حمل‌ونقل سنگین مانند کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و ناوگان‌های لجستیکی که به برد بالا و سوخت‌گیری سریع نیاز دارند، هیدروژن می‌تواند رقیبی جدی برای برق باشد.

شرکت‌هایی نظیر نیکولا موتور، هیوندای و مرسدس بنز تراکس در حال کار روی کامیون‌های هیدروژنی هستند. در واقع، ممکن است آینده هیدروژن نه در خودروهای سواری، بلکه در حمل‌ونقل سنگین و صنایع بزرگ معنا پیدا کند.

جمع‌بندی

خودروهای هیدروژنی ترکیبی جذاب از عملکرد بالا، برد حرکتی زیاد و آلایندگی صفر ارائه می‌دهند، اما هنوز هم درگیر چالش‌های اقتصادی، زیرساختی و زیست‌محیطی هستند. در حالی که خودروهای برقی باتری‌محور با سرعت بیشتری در حال رشد و جهانی‌شدن هستند، هیدروژن همچنان به‌عنوان یک گزینه مکمل و نه جایگزین جدی، در پس‌زمینه باقی مانده است. آینده‌اش روشن خواهد بود، اما احتمالاً نه برای همه.

۲۲۷۳۲۲