هیدروژن ، سوخت آینده

● دید کلی
هم‌اکنون ، بحران انرژی در جهان به یک مشکل عمده برای کشورها تبدیل شده و به همین دلیل ، دولت‌ها به خودروسازان فشار می‌آورند تا با استفاده از روش‌های مختلف ، سبب کاهش مصرف خودرو شوند. به‌طور نمونه ، در این راستا خودروسازان آمریکایی دستور گرفته‌اند که خودروهای کم‌مصرف تولید و در افق دراز مدت خود به سوی استفاده از سوخت غیر فسیلی در خودرو حرکت کنند.
● خودروهای هیبریدی
یکی از این روش‌ها که بیشتر توسط خودروسازان ژاپنی در حال پیگیری است، استفاده از خودروهای هیبریدی است. خودرو هیبریدی که از سوی شرکت تویوتا در سال ۱۹۹۸ ارائه شد، یک راه حل مناسب برای کاهش مصرف سوخت خودروهای بنزینی تا حدود ۵۰ درصد است که مشکل مصرف زیاد بنزین را از طریق تولید اینگونه خودروها می‌توان بهبود داد.
خودروهای هیبریدی ، ترکیبی از موتورهای الکتریکی با موتورهای درون‌سوز هستند و در تولید این خودروها سعی شده که وضعیت سوخت بهبود پیدا کند. البته پیش‌بینی می‌شود تقاضای این خودرو تا پایان دهه اخیر میلادی بیش از سه درصد تقاضای فعلی نباشد و این در حالی است که دولت آمریکا پیش‌بینی کرده است که تقاضا برای بنزین در این کشور تا سال ۲۰۱۲ با ۱۷ درصد افزایش به ۶۴.۱۰ میلیون بشکه در روز برسد. اما خودروهای هیبریدی همچنان سهم بسیار کمی از خودروهای آمریکا را تشکیل خواهند داد و در سال جاری سهم خودروهای هیبریدی از بازار خودرو آمریکا حدود ۳.۱ درصد خواهد بود.
هیبرید کردن خودروها در جهان به سه روش موازی ، ردیفی و ترکیبی انجام می‌شود که در روش سری ، موتور احتراق داخلی فقط کار تولید برق را انجام می‌دهد و موتور برقی ، خودرو را حرکت می‌دهد. در روش موازی موتور احتراق داخلی به‌صورت مستقل کار می‌کند و موتور برقی نیز به‌صورت مستقل کار می‌کند و این عملکرد از طریق یک ECU ( مغز هوشمند ) کنترل می‌شود. در روش ترکیبی نیز دو گونه موازی و ردیفی باهم به صورت ترکیب شده ، استفاده می‌شوند که این روش بیشترین قابلیت را دارد و تنها مشکل این طرح پیچیدگی فوق‌العاده آن است.
● بازگشت خودروهای دیزلی
روش دیگری که برای کاهش مصرف خودروها استفاده می‌شود، استفاده از گازوئیل در خودروهای سواری است. بنا بر مطالعات انجام ‌شده به‌طور متوسط استفاده از موتورهای دیزلی به جای موتورهای بنزینی ۳۰ درصد صرفه‌جویی در پی دارد؛ ضمن این که خودروهای دیزلی بین ۲۰ تا ۶۵ درصد سوخت کمتری مصرف می‌کنند.
امروزه در خودروهای سواری دیزلی مصرف چهار لیتر گازوییل به ‌ازای هر ۱۰۰ کیلومتر معمول است، ولی در خودروهای سواری بنزینی مصرف شش لیتر در هر ۱۰۰ کیلومتر ایده‌آل‌ترین حالت است. به همین دلیل است که در آلمان و فرانسه استفاده از خودروهای دیزلی بسیار رواج یافته است، به گونه‌ای که ۶۰ درصد خودروها از سوخت دیزل بهره می‌برند.
بازده حرارتی موتورهای بنزینی در حدود ۲۶ درصد است؛ حال‌ آن که این بازده در موتورهای دیزلی ۴۲ درصد گزارش شده است. موتورهای دیزلی ۲۰ درصد افزایش گشتاور و ۲۵ درصد افت قدرت موتور نسبت به موتورهای مشابه بنزینی دارند.
● موتورهای جدید بنزینی در راه
راه دیگری که در جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد، بهینه سازی موتورهای بنزینی موجود با اصلاح اتاق احتراق و نحوه پاشش است. از زمانی که موتورها به جای سیستم کاربراتوری که سیستم مکانیکی برای پاشش سوخت در موتور بوده ، از سیستم‌های انژکتوری استفاده می‌کنند، مصرف سوختشان حدود ۲۰درصد کاهش یافته و حال با بررسی‌های انجام شده ، با توسعه این سیستم‌ها موتورهای بنزینی کم‌مصرف‌تر تولید خواهد شد.
● هیدروژن ، سوخت فردا
راه دیگری که برای دراز مدت در نظر گرفته شده ، استفاده از هیدروژن در موتورهای پیل سوختی و هیدروژنی است که خروجی آن تنها آب است. در خودروهای پیل سوختی از واکنش هیدروژن و اکسیژن ، برق تولید و از برق تولیدی نیز برای به حرکت در آوردن چهار الکتروموتور استفاده می‌شود و خروجی سیستم نیز آب است.
● استفاده از باتری یون لیتیم
در بعضی موارد ، نیروی محرکه خودرو از یک باتری یون لیتیم تامین می‌شود که شارژ آن توسط مولد پیل سوختی انجام و سوخت مولد پیل سوختی نیز با توجه به تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن تامین می‌شود. هم اکنون بزرگترین مشکل این خودروها ، سختی تهیه هیدروژن و تاسیسات آن و همچنین مشکل بودن ذخیره آن و گران بودن پیل‌های سوختی است.
● استفاده از موتورهای درون سوز
نوع دیگر استفاده از سوخت هیدروژن ، موتورهای درون سوز با سوخت هیدروژن است. شرکت بی.ام.و به‌تازگی خودروهای هیدروژنی را که با موتور احتراق داخلی کار می‌کند، ساخته است. مهندسان این شرکت در این خودرو هیدروژنی با یک آرایش خورجینی دارای ۱۲ سیلندر توانستند با به‌کارگیری سوخت هیدروژن ۲۸۵ اسب بخار قدرت تولید کنند.
این خودرو جدید بی.ام.و در آخرین رکوردگیری توانسته به سرعت ۳۰۲ کیلومتر بر ساعت دست یابد. موتور جدید H۲R بر مبنای موتور احتراق داخلی بی.ام.و سری ۷ ساخته شده و برای افزایش راندمان در این موتور از زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها استفاده شده است. البته به دلیل نوع سوخت هیدروژن و حالت گازی آن ، تغییراتی در سیستم سوخت‌رسانی این خودرو ایجاد شده است.
شرکت بی.ام.و قصد دارد بر اساس تجربیات بدست آمده در مدل H۲R گونه‌ای از خودروهای خود را که هم توانایی کارکرد بر روی هیدروژن و هم توانایی کارکرد با بنزین را دارند، بسازد؛ اما هنوز تا همه گیر شدن هیدروژن راه درازی باقی است؛ چرا که هیدروژن به‌صورت عنصر یافت نمی‌شود، به همین دلیل یا می‌توان آن را با الکترولیز آب و یا از هیدروکربنها بدست آورد که تهیه و ذخیره آن پروسه‌ای پر خرج است. از طرفی سامانه‌هایی که می‌توانند انرژی هیدروژن را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند، پر خرج است و به همین دلیل از این سوخت به‌عنوان سوخت ۲۰ سال آینده خودروها یاد می‌شود.
● بازار خودروهای هیدروژنی
براساس بررسی‌های انجام شده در آمریکا و ژاپن نیز تا سال ۲۰۲۰ سهم خودروهای هیبریدی به ۲۰ درصد خواهد رسید و این خودروها در بازارهای خاص بسیار پیشرفته مانند آمریکا و ژاپن مورد توجه خواهند بود. از سال ۲۰۲۰ به‌تدریج استفاده از این خودروها در جهان آغاز و در سال ۲۰۵۰ به سوخت اول تبدیل می‌شود. البته با گران شدن بهای نفت ، کمی‌ این زمان جلوتر آمده است؛ ولی این سوخت نیز با پیچیدگی‌های زیادی روبه‌رو است؛ چراکه باید آن را تا منفی ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد سرد کرد و از طرفی تهیه و ایجاد زیرساخت‌های آن نیز بسیار گران است.
بر اساس بررسی‌های انجام شده درباره سوخت هیدروژن ، استفاده از آن در خودروهای پیل سوختی بسیار محتمل‌تر از استفاده در موتورهای احتراق است، چراکه با استفاده در پیل سوختی و تهیه برق و استفاده برق در الکتروموتورها که راندمان آن بسیار بالاتر از موتورهای احتراق داخلی است، خودروهای پیل سوختی شانس بیشتری دارند.
● آینده سوخت در جهان
استفاده از سوخت‌های فسیلی احتمالا در ۵۰ سال آینده ، اندک اندک کنار گذاشته خواهد شد. بر اساس پیش‌بینی‌های انجام شده توسط مراکز تحقیقات موتور آلمان ، تا سال ۲۰۲۰ به‌آرامی خودروهای هیبریدی که ترکیبی از خودروهای برقی و بنزینی است، جایگزین خودروهای کنونی می‌شود و از سال ۲۰۲۰ استفاده از موتورهای هیدروژنی جایگزین موتورهای قدیمی خواهد شد.
البته هنوز راه درازی تا آن سال‌ها باقی مانده است؛ ولی در صورت موفقیت مهندسان ، مشکل انرژی و آلودگی حل خواهد شد؛ چرا که تنها نتیجه سوختن هیدروژن با اکسیژن ، آب است، اما هنوز راه زیادی باقی است.
شاید بعید به نظر برسد عنصر هیدروژن که به گفته بسیاری از دانشمندان دومین عنصر طبیعت از نظر فراوانی است، به‌سختی تهیه و سخت‌تر از آن ذخیره می‌شود؛ حال باید دید دانشمندان چگونه از هیدروژن استفاده می‌کنند و چگونه کلید استفاده از معدن هیدروژن در خودروها پیدا خواهد شد.

محمدعلی خداپرست