السيارة الهيدروجينية – الجزء الاول : التعريف ومميزاتها وتاريخ انتاج بعض النمادج
التعريف بالهيدروجين
الهيدروجين هو عنصر كيميائي يتكون من جزيئات هيدروجين (H2)، وهو أكثر عناصر الكون وفرةً. و يعتبر مصدرًا قابلًا للاستخدام كوقود بديل للسيارات والعديد من التطبيقات الأخرى. واحدة من أبرز خصائص الهيدروجين هي قدرته على توليد طاقة عند احتراقه بوجود الأكسجين دون إنتاج أي انبعاثات ضارة، حيث يتحول إلى ماء (H2O) كنتيجة جانبية فقط.
كوقود بديل للسيارات، يمكن استخدام الهيدروجين في خلايا الوقود الهيدروجينية. تعمل هذه الخلايا عن طريق دمج الهيدروجين مع الأكسجين من الهواء لتوليد الكهرباء، والتي بدورها تستخدم لتشغيل المحركات الكهربائية في السيارة. ويتم تخزين الهيدروجين في خزانات مضغوطة عالية الضغط في السيارة. ولعل من أحسن مزاياه التي سنتطرق اليها ضمن هذا المقال، أنه قابل للتجدد، حيث يمكن إنتاج الهيدروجين من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية والرياح والماء، مما يقلل من اعتمادنا على الوقود الأحفوري.
أهمية استخدام الهيدروجين في سياق التغير المناخي وتقليل الانبعاثات الضارة
يتمتع استخدام الهيدروجين في سياق التغير المناخي وتقليل الانبعاثات الضارة بأهمية كبيرة. توضحه مميزاته التالية:
- الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري: يقلل استعمال الهيدروجين كوقود بديل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وغيرها من الغازات المسببة للاحتباس الحراري وتغير المناخ. حيث يتم تحويل الهيدروجين إلى ماء فقط عند احتراقه في خلايا الوقود الهيدروجينية، وبالتالي لا يتم إطلاق الكربون الضار في الجو.
- تحسين جودة الهواء: كما هو معلوم فالسيارات التقليدية التي تعمل بوقود البنزين أو الديزل تسبب انبعاثات ضارة مثل أكسيد النيتروجين والجسيمات العالقة في الهواء، مما يؤثر على جودة الهواء وصحة الأفراد. ومع استبداله بالهيدروجين، يتم تقليل هذه الانبعاثات الضارة، مما يساهم في تحسين جودة الهواء وتقليل التلوث.
- التخفيف من الاعتماد على الوقود الأحفوري: يعتبر الهيدروجين وقودًا قابلاً للتجدد، حيث يمكن إنتاجه من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية والرياح. و بالتالي، يساهم في تنويع مصادر الطاقة وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري المحدود.
- تعزيز الاستدامة البيئية: باعتباره وقودًا نظيفًا ومستدامًا، يساهم الهيدروجين في تعزيز الاستدامة البيئية والحفاظ على النظم الإيكولوجية. لذا فاستخدامه في السيارات وغيرها من التطبيقات يقلل من التأثيرات البيئية السلبية ويحافظ على التوازن البيئي.
- دعم أهداف الاتفاقيات الدولية: تسعى العديد من الدول والمنظمات الدولية إلى تحقيق أهداف تخفيض انبعاثات الغازات الدفيئة والحد من التغير المناخي. فاستخدام الهيدروجين في سياق التغير المناخي يساهم في تحقيق هذه الأهداف وفي تنفيذ الاتفاقيات الدولية مثل اتفاقية باريس للتغير المناخي.
- تحفيز الابتكار والتقنية: توفر تكنولوجيا الهيدروجين واعتماده كوقود بديل حافزًا قويًا للابتكار والتطوير التقني في صناعة السيارات وقطاع الطاقة. فتطوير وتحسين تقنيات الاستخراج والتخزين والاستخدام للهيدروجين يعزز التقدم التقني ويدعم الابتكارات في مجال السيارات الهيدروجينية والبنية التحتية ذات الصلة.
تاريخ السيارات الهيدروجين
يعود تاريخ السيارات الهيدروجين إلى العديد من الاكتشافات والابتكارات التي ساهمت في تطوير هذه التكنولوجيا. وفيما يلي نعطي نظرة عامة على تطور السيارات الهيدروجين والابتكارات والتقنيات التي ساهمت فيها عبر الزمان:
عقود الستينات والسبعينات: في هذه الفترة، بدأت الأبحاث والتجارب على استخدام الهيدروجين كوقود للسيارات. و تم تطوير محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالهيدروجين وتم اختبار بعض النماذج الأولية للسيارات الهيدروجينية التي كانت في مراحلها الأولية ولم تصل إلى مرحلة التجارة الواسعة. ومنذ ذلك الحين تمت تحسين التقنيات وتطوير سيارات هيدروجينية أكثر تقدمًا وأداءً في السنوات اللاحقة. هنا بعض الأمثلة على تلك النماذج:
- سيارة جنرال موتورز Electrovan (1966): و هي أول سيارة هيدروجينية في العالم تم انتاجها بواسطة شركة جنرال موتورز. و تشتغل بواسطة خلية وقود تعمل بالهيدروجين وتحوله إلى كهرباء لتشغيل المحرك الكهربائي.
- سيارة فورد الهيدروجينية (1970): قامت فورد بتطوير نموذج لسيارة هيدروجيني تعتمد على خلايا وقود الهيدروجين وكانت تمتلك محركًا كهربائيًا.
- سيارة بي إم دبليو E12 (1979): قامت بي إم دبليو بتطوير نموذج أولي للسيارة الهيدروجينية في عام 1979. تم استخدام الهيدروجين لتشغيل محرك السيارة الكهربائي.
الثمانينات والتسعينات: شهدت هذه الفترة تقدمًا في تطوير تكنولوجيا السيارات الهيدروجينية. بحيث تم تطوير أنظمة خزان الهيدروجين وتقنيات توليد الهيدروجين وتخزينه، مما أدى إلى تحسين كفاءة استخدام الهيدروجين كوقود للسيارات. بعض الأمثلة على تلك النماذج:
- مرسيدس بنز NECAR (1994): قدمت شركة مرسيدس بنز نموذج NECAR 1 في عام 1994، وهي سيارة هيدروجينية تم استخدام خلايا وقود الهيدروجين لتشغيل المحرك الكهربائي للسيارة.
- جنرال موتورز EV1 (1997): كانت سيارة EV1 من جنرال موتورز هي سيارة كهربائية بطارية، ولكنها كانت أيضًا مزودة بنموذج هيدروجيني تجريبي في عام 1997. تم تجهيز السيارة بخزان هيدروجين يمد الوقود لخلايا الوقود لتوليد الكهرباء.
- تويوتا فكسيل-1 (1997): قامت تويوتا بتطوير نموذج سيارة هيدروجينية تجريبية تسمى فكسيل-1 في عام 1997. كانت تستخدم خلايا وقود الهيدروجين لتشغيل المحرك الكهربائي للسيارة.
الألفية الجديدة: في بداية الألفية الجديدة، زاد الاهتمام بتقنية السيارات الهيدروجينية وتطويرها. بحيث شهدت هذه الفترة تقدمًا كبيرًا في خلايا الوقود الهيدروجينية، وتحسين أداء السيارات الهيدروجينية ومدى قابلية استخدامها. نسوق فيما يلي بعض الأمثلة على تلك النماذج:
- تويوتا ميراي (2014): تعتبر تويوتا ميراي أحد النماذج الأولية الناجحة في مجال السيارات الهيدروجينية. تم إطلاقها في عام 2014 وتستخدم تكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين لتشغيل المحرك الكهربائي للسيارة. تمتاز ميراي بمدى قيادة طويل وزمن تعبئة سريع للوقود و بلا اي انبعاثات.
- هوندا كلاريتي (2016): تم تطوير هوندا كلاريتي كسيارة هيدروجينية تجريبية في عام 2016. تتميز بتصميم أنيق ومدى قيادة طويل، وتعمل بخلايا وقود الهيدروجين لتوليد الكهرباء وتشغيل المحرك الكهربائي.
- هيونداي نيكسو (2018): تعد هيونداي نيكسو أول سيارة هيدروجينية قابلة للشحن الكهربائي. تم إطلاقها في عام 2018 وتستخدم خلايا وقود الهيدروجين لتشغيل المحرك الكهربائي، ويمكن شحنها أيضًا من خلال مصدر كهربائي خارجي.
الفترة الحالية: في السنوات الأخيرة، شهدت تكنولوجيا السيارات الهيدروجينية تطورًا كبيرًا. تم تحسين كفاءة الخلايا الوقود وزيادة مدى السيارات الهيدروجينية وتقليل تكاليفها. وقد شهدت العديد من الشركات الكبرى في صناعة السيارات إطلاق سيارات هيدروجينية تجارية وتوسيع نطاق توفرها في الأسواق. ومن بين النماذج البارزة والأغلى في الفترة الحالية:
- تويوتا ميراي (2021): هي الجيل الثاني من سيارة ميراي الهيدروجينية. تم تحسين الأداء والتصميم لتقديم تجربة قيادة متطورة. تتميز بنطاق قيادة أطول وزمن تعبئة وقود أسرع، وتمتلك تقنيات أمان وراحة متقدمة. ومن المعروف أن سعرها يكون مرتفعًا بسبب تكنولوجيا الهيدروجين الحديثة والمكونات المتطورة.
- هوندا كلاريتي (2021): هي سيارة هيدروجينية أخرى ذات تكنولوجيا متقدمة. توفر قيادة هادئة ونظام قوي لتوليد الكهرباء، وتتميز بتصميم أنيق وتقنيات سلامة وراحة متقدمة. ومثل تويوتا ميراي، فإن سعر هوندا كلاريتي يكون أعلى نسبيًا بسبب تقنيات الهيدروجين وتطورها.
- أودي A7 h-tron quattro (2022): هي سيارة هيدروجينية رياضية فاخرة. تتمتع بتصميم جذاب وأداء قوي، و يمكنها تحقيق مدى قيادة طويل وتوفير أداء ممتاز، ولكنها عادة ما تكون في الفئة الأعلى من حيث السعر.
هيكل ومكونات السيارة الهيدروجينية
تتألف السيارة الهيدروجينية من عدة عناصر أساسية تعمل معًا لتحقيق تشغيلها بوقود الهيدروجين. ما هي العناصر الرئيسية للسيارة الهيدروجينية ووظيفة كل جزء منها:
- خزان الوقود (Tank):
وظيفته: يحتوي على الهيدروجين بشكل مضغوط أو سائل، وهو مصدر الوقود للسيارة.
أهميته: يضمن تخزين الهيدروجين بطريقة آمنة وفعالة، ويوفر كمية كافية من الوقود لتشغيل السيارة على مسافات طويلة.
- خلايا الوقود الهيدروجينية (Fuel Cells):
وظيفتها: تحويل الهيدروجين والأكسجين إلى كهرباء باستخدام تفاعل كيميائي يسمى تفاعل الأكسدة والاختزال.
أهميتها: توفر الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيل المحرك الكهربائي في السيارة، وتعتبر مصدرًا نظيفًا وفعالًا للطاقة.
- المحرك الكهربائي (Electric Motor):
وظيفته: يحول الطاقة الكهربائية المولدة من خلايا الوقود إلى طاقة ميكانيكية لتحريك السيارة.
أهميته: يعتبر بديلًا نظيفًا وفعالًا للمحركات التقليدية التي تعمل بالوقود الأحفوري، ويقدم أداءً قويًا ومستدامًا.
- نظام التحكم والتحويل (Control and Conversion System):
وظيفته : يعتبر العمود الفقري لنظام السيارة الهيدروجينية، بحيث يدير ويتحكم في تدفق الهيدروجين والأكسجين إلى خلايا الوقود، ويتحكم في تحويل الطاقة الكهربائية إلى الحركة في المحرك الكهربائي.
أهميته: يضمن عملية تشغيل لسيارة الهيدروجينية بشكل سلس وفعال، ويحافظ على تناغم وتنظيم تدفق الوقود والطاقة لضمان أداء موثوق وآمن.
5. البطارية أو النظام التخزين (Battery or Energy Storage System):
وظيفته: يستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية المتولدة من خلايا الوقود ويوفر زيادة قصيرة الأجل في القدرة عند الحاجة، مثل عند التسارع أو الصعود الشديد.
أهميته: يساعد في تحسين أداء السيارة ويسمح بتوفير طاقة إضافية عند الحاجة القصوى.
6-نظام التحكم وادارة الانبعاثات (Control and Emission Management System):
وظيفته: يتحكم في عملية إدارة الوقود والطاقة ويتحكم في انبعاثات العادم للسيارة الهيدروجينية.
أهميته: يساهم في تقليل الانبعاثات الضارة والحفاظ على البيئة نظيفة، ويضمن الامتثال للمعايير البيئية والاستدامة.
تلك هي العناصر الرئيسية للسيارة الهيدروجينية ووظائفها الأساسية في نظام السيارة. تعمل هذه العناصر معًا لتحقيق تشغيل السيارة بكفاءة وتوفير نقل نظيف ومستدام على أساس الهيدروجين كوقود بديل.
في الجزء الثاني من هذا الملف، سنتناول محاور اخرى تشمل طرق لإنتاج الهيدروجين و المقارنة بين تلك الطرق من حيث الكفاءة والتأثير على البيئة و خاصيات السيارات التي تباع في الاسواق و السيارة الاولى التي تم انتاجها في المغرب و باقي الدول العربية ومستقبل هذه التكنلوجية الواعدة
