هیبریدی‌های هیدروژنی

رؤیای"بزرگراه­های هیدروژنی"۱ با پیشرفت­های تکنولوژیکی در بسیاری از سطوح در شرف تحقق است اما عمده موفقیت در این حوزه مدیون خودروهای پیل سوختی هیدروژنی (هیبریدی هیدروژنی) است. مجله خودروهای سبز (زمستان ۲۰۰۵) در زمینه خودروهای هیدروژنی به این نکته اشاره کرده بود که خودروسازان راه زیادی را در تولید این خودروها پیموده­اند. مجله مذکور این­گونه خودروهای دوستدار محیط زیست را وسایل نقلیه مطلوب و رانندگی با آنها را بسیار کم زحمت دانسته بود.
حقیقت این است که این خودروها چند میلیون دلار قیمت دارند که در تیراژ محدود و دستی به صورت سدان، مینی­ون و خودروی بیابانی تولید می­شوند. آنها بدون هیچ مشکل و عیب و نقصی در بزرگراه­ها حرکت می­کنند تا به ما ثابت کنند که آوردن خودروهای هیدروژنی به بزرگراه­ها غیر­ممکن نیست. البته اقدامات بسیاری برای عملی کردن این رؤیا باید انجام گیرد؛ قیمت­ها باید کاهش یابند، طول عمر پیل­های سوختی باید افزایش پیدا کند و مشکلاتی که به خود خودروها مربوط نیست باید رفع شوند، از جمله تولید هیدروژن با صرفه اقتصادی و ایجاد زیرساخت­های سوختگیری به صورت وسیع. ذخیره هیدروژن نیز یکی از این مشکلات است که در اینجا به تفصیل به بحث درباره آن می پردازیم.
داستان این نوع سوخت از استنفورد اّوشینسکی مخترع اجسام رقیق­شده شروع می­شود که چند دهه قبل، مواد خام نانظم و بی­شکل را کشف و عصر جدیدی در علم مواد پایه­گذاری کرد. او در مجله تایم "قهرمان جایزه سیاره" شناخته شد زیرا کارش در بسیاری از علوم کاربردهای شگفت­انگیزی داشت، از جمله تولید باتری­های هیدروکسید نیکل تحت لیسانس خود او (او و شرکت روکسترهیلز، شرکتی در میشیگان که تولید کننده دستگاه­های تبدیل انرژی است، این امتیاز را داشتند). در واقع این کار امکان ذخیره هیدروژن جامد را در فشار بسیار پایین فراهم آورد و واحد تجاری شرکت فوق­الذکر، تکنولوژی واحد سیستم­های هیدروژنی اونیک Ovonic)) را خلق کرد.
شاید این کار او در ابتدا چندان مهم به نظر ­نرسد اما خودروهای هیدروژنی کنونی حاصل دست وپنجه نرم کردن متخصصان با مشکلات و حل بسیاری از مسائل در آزمایشگاه­هاست که یکی از آنها محل ذخیره هیدروژن است. دفعات سوختگیری خودروهای هیدروژنی به چگونگی تبدیل این نوع انرژی به یک نیروی محرک و نیز به مقدار حجمی از آن بستگی دارد که در خودرو ذخیره می­کنیم. تولید خودروهایی با دفعات سوختگیری مناسب در مسئله تجاری کردن این خودروها بسیار نمود پیدا می­کند زیرا ساختارهای سوختگیری برای این نوع سوخت­ها هنوز در مرحله طفولیت خود هستند.
خودروسازان برای مدت بسیار طولانی با این مسئله دست به گریبان بوده­اند. هیدروژن مایع که حاصل تلاش "ب.ام.و" برای حل این مسئله بود، بسیار مورد توجه قرار گرفته زیرا از طریق مایع کردن هیدروژن مقدار بیشتری از آن نسبت به نوع گازی­اش قابل ذخیره است و این به معنای دفعات کمتر سوختگیری این نوع خودروهاست. با این حال نقطه ضعف سوخت هیدروژن آن است که هیدروژن مایع باید در ۴۲۳- درجه فارنهایت نگهداری شود و پایین آوردن دمای این ماده تا این حد، به انرژی زیاد و تجهیزات سوختگیری بسیار پیشرفته نیاز دارد.
بسیاری از خودروسازان پیل­های سوختی هیدروژن به شکل گاز و خودروهای احتراق داخلی هیدروژنی تولید می­کنند. با این حال مخازن گازی هیدروژن مشکلات خود را دارند. سیلندرهای هیدروژن کنونی با حجم ۵۰۰۰ پوند در اینچ مربع کفاف حتی یک رانندگی آرام و کوتاه مدت را نمی­دهند. این مشکل سبب شده است که بسیاری از خودروسازان به دنبال نسل جدیدی از سیلندرهای ذخیره هیدروژن با حجمی بالاتر از ۱۰هزارپوند در اینچ مربع باشند که این موضوع خود نیازمند تدابیر خاصی مانند احداث خطوط انتقال با توانایی انتقال چنین حجمی، جاسازهای مناسب و تهیه تجهیزات توزیع مخصوص است.
اینجاست که روش و اختراع شرکت اونیک برای مخازن هیدروژن جامد به کار می­آید. این روش که در ظاهر بسیار فریبنده و غیر­ممکن به نظر می­رسد، در عمل بسیار کاربردی است. در این روش مخزنی که پودرهای آلیاژی فلز را در خود دارد، با فشاری بسیار پایین ۱۵۰۰ پوند در اینچ مکعب از هیدروژن پر می­شود. از بین رفتن گرما در طول فرایند سبب می­شود که فلزها مانند اسفنج هیدروژن را به خود جذب کنند و ماده جدیدی به نام هیدرید فلز یا هیدروکسید به وجود آید. هیدروژنی که به این طریق به صورت جامد ذخیره می­شود، در وضعیتی امن­تر قرار دارد و می توان آن را در یک مخزن با فشاری کمتر از ۲۵۰ پوند در اینچ­مربع ذخیره کرد. سیستم سوخت­رسانی خودرو برای استفاده از این نوع سوخت با بهره­گیری از سیستمی ویژه، هر­گاه موتور یا پیل سوختی هیدروژن لازم داشته باشند، گرما را آزاد می­کند تا عملیات معکوس عملیات فوق صورت گیرد و هیدروژن به صورت گاز از هیدروکسید آزاد و به سیستم سوخت رسانی خودرو وارد شود. با این روش آلیاژهای فلزی حجمی چندین برابر حالت گازی را در همان سیلندر ذخیره می­کنند و متعاقباً خودرو می­تواند مسافت بیشتری را بپیماید.
چند سال پیش مجله "خودروهای سبز" یک تویوتا پریوس مدل ۲۰۰۲ مجهز به این سیستم را مورد تست رانندگی قرار داد و مشاهد شد که گسیل گازهای آلاینده این خودرو نزدیک به صفر است و خودرو بدون هیچ مشکلی حرکت می­کند. نسل جدید این سیستم در مدل­های جدید تویوتا پریوس عرضه شده است که نسبت به مدل­های پیشین بسیار بهبود یافته­اند. امریکایی­ها در اقدامی جالب تعدادی از این خودروها را در بخشی از ناوگان حمل­ونقل خود در کالیفرنیا به کار گرفته­اند تا ثابت کنند این خودروها در انجام امور روزمره نیز به­کار می­آیند.
علاوه بر تغییرات مخازن که در بالا اشاره شد، تغییرات دیگری نیز در سیستم این­گونه خودروها داده شده است که شامل نشت­گیرها، لوله انتقال سوخت سازگار با هیدروژن، سیستم مدیریت رایانه­ای که عملکرد تزریق­کننده­های هیدروژن گازی شکل را کنترل می­کند و تعبیه انواع حسگر و دریچه­ها می شود. همه این موارد عملکردی ایمن را برای این خودروها تضمین می­کند.
تمام این تجهیزات در یک خودرو با ظاهری تیز جمع می­شوند تا پیام شرکت سازنده مبنی بر استفاده از هیدروژن جامد در سیستم سوخت­رسانی خودرو را برساند. همچنین تولید چنین خودروهایی بیانگر آن است که موتورهای احتراق داخل هیدروژنی می­توانند مسیری موقت اما دست­یافتنی برای رسیدن به "بزرگراه­های هیدروژنی" باشند. امروزه رشد سریع تولید چنین خودروهایی، مشوق ساخت جایگاه­های سوختگیری بیشتر شده است و خودروهای هیدروژنی تولیدی در آینده دیگر مشکلی در زمینه سوختگیری نخواهند داشت.

محمدرضا شرع پسند
پانوشت:
۱. منظور از بزرگراه­های هیدروژنی وضعیتی است که تعداد قابل توجهی از این خودروها در بزرگراه­ها در حال تردد باشد.
منبع:
بخش خودروی سایت یاهو، هیبریدهای هیدروژنی، نوشته ران کوگان
www.yahoo.com\\Autos\\Hybrid-electric\\H۲ Hybrid by Ron Cogan

منبع : اندیشه گستر سایپا