أحدث المواضيعتويوتاخبر اليومهونداهيونداي

الهيدروجين لمحركات الاحتراق الداخلي والسيارات الكهربائية

اقرأ في هذا المقال
  • كيف يمكن استخدام الهيدروجين في السيارات
  • ميزات وعيوب المحركات الهيدروجينية
  • هل سنرى محركات هيدروجينية قريبًا في السيارات؟
  • تعريف خلايا وقود الهيدروجين
  • ميزات وعيوب خلايا وقود الهيدروجين

تدرُج فكرة استخدام الهيدروجين لتشغيل السيارات الكهربائية، ولكن هناك تطبيق آخر يُتيح الاستخدام في محركات الاحتراق الداخلي. سنتعرف هنا على النظامين ونوضح الاختلافات بينهما.

نبدأ مع خلايا وقود الهيدروجين للسيارات الكهربائية FCEV، فالفكرة تتمثل بوجود خزان للهيدروجين المضغوط ينتقل إلى خلية وقود Fuel Cell ينشأ فيها تفاعل إلكتروكيميائي بين الهيدروجين الواصل لها والأكسجين المتوفر في الهواء حول السيارة. ينتج عن التفاعل الكهرباء والماء والحرارة، فتُستَخدم الكهرباء لتشغيل المحرك الكهرباء ويتم التخلص من الماء وتبديد الحرارة.

تويوتا ميراي بخلايا وقود الهيدروجين

رأينا تقنية خلايا وقود الهيدروجين منذ عقود، حيث قدمت جنرال موتورز نموذج شيفروليه إلكتروفان في العام 1966، فيما جاء نموذج هوندا FCX كلاريتي في 2008 ليُقرّب التقنية للإنتاج التجاري، فقامت الشركة اليابانية بتأجير بضعة سيارات في اليابان وأوروبا والولايات المتحدة للتأكد من نجاع خلايا الوقود. وأتت جنرال موتورز ومرسيدس-بنز بذات فكرة التأجير مع سيارتي GM HydroGen4 ومرسيدس F-Cell. وبين هذه وتلك، قدمت عديد من الشركات نماذج تجريبية قابلة للسير في الطرقات العامة، مثل لوتس وفورد ونيسان وأودي وبي ام دبليو وفيات ومازدا ورينو وغيرها.

جنرال موتورز إلكتروفان للعام 1966 يعتمد خلايا الهيدروجين للحصول على الطاقة الكهربائية

انتقلت تقنية خلايا وقود الهيدروجين للإنتاج التجاري لأول مرة عام 2013 مع هيونداي ix35/توسان FCEV، تبعتها في 2015 تويوتا ميراي ثم هوندا كلاريتي 2016 وهيونداي نيكسو 2018 وتويوتا ميراي II عام 2020. كما رأينا التقنية على حافلات الركاب والشاحنات الكبيرة والقطارات.

جميع أخبار ومركبات خلايا وقود الهيدروجين عبر الرابط هنا.

هيونداي نيكسو

تستأثر كوريا الجنوبية بأكبر عدد من المركبات العاملة بخلايا وقود الهيدروجين، فحتى نهاية العام الماضي بلغ عدد السيارات هناك 10,041 سيارة، بالمقارنة مع 9,135 سيارة في الولايات المتحدة و5,546 في الصين و4,100 في اليابان.

ميزات وعيوب خلايا وقود الهيدروجين:

  1. كفاءة تشغيل عالية، فالتحويل من الطاقة الكيميائية إلى طاقة الكهربائية مباشر وفقد في الطاقة أقل من محركات البنزين، حيث يبلغ في خلايا الوقود نحو 50% عند العجلات.
  2. هادئة في التشغيل ولا يصدر عنها صوت.
  3. عمرها طويل نسبيًا ولا تحتاج صيانة دورية.
  4. يمكن تغيير حجمها حسب المُنتج.
  5. لا تلوث البيئة (حول المركبة) فالناتج الوحيد هو الماء.
  6. لا يزال استخراج الهيدروجين يعتمد على الوقود الأحفوري مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي، وبالتالي فإن المصدر ليس بنظيف فعليًا… حتى الآن.
  7. يصعب حتى الآن استخراج الهيدروجين بطريقة رخيصة. وعليه تستثمر العديد من الهيئات والحكومات أموالًا طائلة لتحقيق ذلك.
  8. قابل للاشتعال.
  9. شكل وحجم خزانات الهيدروجين يستهلك حيزًا كبيرًا
تويوتا ميراي بخلايا وقود الهيدروجين

الهيدروجين لمحركات الاحتراق الداخلي

نأتي لاستخدام الهيدروجين في محركات الاحتراق الداخلي HICEV، فالفكرة هنا تتمثّل بتعديل محرك احتراق داخلي تقليدي ليعمل بالهيدروجين بدلًا من البنزين. مع غياب عنصر الكربون من الوقود لا يصدر عن احتراق الهيدروجين أول وثاني أكسيد الكربون، ومع ذلك يُنتِج الاحتراق أكاسيد النيتروجين مثل محركات البنزين والديزل. أي أن محركات الهيدروجين أرفق بالبيئة ولكن ليست عديمة الانبعاثات تمامًا.
لكي نكون دقيقين بحساباتنا، هناك كمية ضئية جدًا من ثاني أكسيد الكربون تخرج من محركات الهيدروجين عند احتراق زيت المحرك داخل الاسطوانة، وتبلغ هذه الكمية نحو 0.26% بالمئة من تلك التي تصدر من محركات الاحتراق الداخلي. أما بالنسبة لأكاسيد النيتروجين فتبلغ النسبة نحو 1% مقارنة بمحركات الديزل.

سواء كان الحديث عن محركات الهيدروجين أو خلايا الوقود أو السيارات الكهربائية ببطاريات، فجميعها ليست عديمة الانبعاثات. إن مصدر الطاقة (الكهرباء والهيدروجين) والمكونات (البطاريات) لا تزال تنتج كمًا هائلًا من الانبعاثات.

صوت محرك الهيدروجين على الاختبارية تويوتا كورولا سبورت

جرَّبت عديد من الشركات استخدام الهيدروجين في محركات الاحتراق الداخلي، ورأينا نماذج من مازدا وبي ام دبليو وتويوتا وفورد وغيرها. المُغري هنا يتمثّل بالإبقاء على محركات الاحتراق الداخلي ومكوناتها التي تصنعها العديد من شركات التوريد، كما أن صيانة المحركات بعد شراء السيارة ستكون أبسط على الحرفيين، وهناك أيضًا عامل مهم آخر، وهو تقبُّل العامة لمحرك احتراق داخلي بوقود مُختلف لتصبح التشكيلة البنزين والديزل والغاز والهيدروجين، ولا تنس الصوت الذي يصدر من محرك الاحتراق الداخلي، فهو يروق لعشاق السيارات بالتأكيد.

ميزات وعيوب محركات الهيدروجين:

  1. كفاءة تشغيل قليلة حاليًا، وتبلغ نحو 25% عند العجلات.
  2. لها صوت مستساغ لؤلئك الذين اعتادوا على محركات الاحتراق الداخلي.
  3. إنتاجها أسهل من ناحية توفر المكونات وشركات التوريد، كما أن صيانتها ستكون أسهل على الحرفيين.
  4. تكلفة إنتاج المحرك عالية، وتزيد بنحو 1.5 مرّة مقارنة بمحركات البنزين.
  5. لا تلوث البيئة (حول المركبة) فالناتج الأكبر هو الماء، وهناك نسبة ضئيلة جدًا من أكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكربون كما وضّحنا.
  6. الهيدروجين قابل للاشتعال.
  7. شكل وحجم خزانات الهيدروجين يستهلك حيزًا كبيرًا
محرك احتراق داخلي عامل بالهيدروجين في الاختبارية تويوتا GR ياريس H2

هل يمكن تحويل محرك سيارتي ليستخدم الهيدروجين؟

ممكن، ولكن صعب جدًا على الأفراد. تختلف محركات الاحتراق الداخلي العاملة بالهيدروجين عن محركات البنزين التقليدية باستخدامها صمامات أقسى وشمعات احتراق بلا بلاتينيوم وشحنة أعلى لمولد شرارة الإشعال وأسلاك الشرارة – كويل Coil- وحاقنات مختلفة للوقود وعمود مرفقي أكبر ووصلات أقسى بين المكبس والعمود المرفقي.

تبدو محركات الهيدروجين خيارًا معقولًا حيث تُقلل الانبعاثات بشكل كبير، وتوفر حيوية الأداء والاحساس والصوت مثل محركات الاحتراق الداخلي التقليدية. استطاعت تويوتا انهاء سباق تحمل 24 ساعة في نموذج عامل بالهيدروجين من طراز تويوتا كورولا سبورت. ويبقى التساؤل: هل سنرى سيارات رياضية مُستقبلًا بهذه التقنية؟

Facebook Comments

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى
error: