سوختی از جنس آب برای خودروها

آیا سوخت پاك واقعیت است یا خیال و آیا روزی خواهد رسید كه سوختی بی پایان در دست بشر قرار گیرد اینها همه سوالاتی است كه ذهن دانشمندان و مهندسان خودرو را به خود مشغول كرده است اما این سوالات دیگر خیال نیست بلكه ممكن است در چند دهه آینده به واقعیت نزدیك شود اما این شاه كلیدی كه دانشمندان به آن نزدیك شده اند چیست

آیا سوخت پاك واقعیت است یا خیال و آیا روزی خواهد رسید كه سوختی بی پایان در دست بشر قرار گیرد؟ اینها همه سوالاتی است كه ذهن دانشمندان و مهندسان خودرو را به خود مشغول كرده است. اما این سوالات دیگر خیال نیست بلكه ممكن است در چند دهه آینده به واقعیت نزدیك شود اما این شاه‌كلیدی كه دانشمندان به آن نزدیك شده‌اند چیست؟

سوخت هیدروژن

هیدروژن یكی از فراوان‌ترین عناصر در طبیعت است. سوختن هیدروژن با انرژی زیاد تنها خروجی آب را در پی دارد پس آیا هیدروژن می‌تواند تمام مشكلات گذشته را حل كند؟ اما تكنولوژی چنین موتوری بسیار پیچیده‌تر است و در حال حاضر، تاسیسات سوخت‌رسانی چنین خودرویی نیز بسیار گران قیمت است.

اصلی‌ترین گام را بی ام و برداشت

مهندسان بی ام و كه در جهان اتومبیل به مهندسان تكنولوژی معروف هستند، رویای سوخت هیدروژنی را به واقعیت نزدیك كرده‌اند. متخصصان بی ام و هم اكنون مدل سری ۵ خود را به موتور احتراق داخلی با سوخت هیدروژنی مجهز كرده‌اند و در گام بعدی، خودرویی را با شكل مسابقه‌ای به موتور هیدروژنی تبدیل كرده‌اند. مهندسان بی ام و خودرو هیدروژنی را با موتور HZR ساخته‌اند كه با آرایش خورجینی و یا ۱۲ سیلندر و به‌كارگیری سوخت هیدروژن ۲۸۵ اسب بخار قدرت تولید می‌كند. این خودروی جدید بی ام و در آخرین ركوردگیری توانسته ركورد ۳۰۲ كیلومتر در ساعت را به دست آورد. موتور جدید HZR بر مبنای موتور احتراق داخلی بی ام و سری ۷ ساخته شده كه برای افزایش راندمان در این موتور از زمانبندی متغیر سوپاپ‌ها استفاده شده است. به خاطر نوع سوخت هیدروژن و حالت گازی آن، تغییراتی در سیستم سوخت‌رسانی این خودرو داده شده است.بی ام و قصد دارد بر اساس تجربیات به دست آمده در مدل HZR، خودرویی بسازد كه توانایی كاركرد با هیدروژن و بنزین را داشته باشد.

طراحان بهترین موتور هیدروژنی

خودروی هیدروژنی بی ام و به وسیله شركت تكنوسنتز بی ام و، از شركت‌های زیرمجموعه بی ام و، ساخته شده است. یورگن كوبلر از مهندسان خبره آلمانی و مدیر پروژه HZR، اعتقاد دارد در كوتاه‌ترین زمان،‌ بهترین خودروی هیدروژنی جهان ساخته شده است. وی مدت ساخت نمونه بی ام و را تنها ۱۰ ماه می‌داند. این كار سخت تنها با استفاده از سیستم‌های شبیه‌ساز رایانه‌ای CAP قابل اجرا بود. به طوری كه با استفاده از این روش در هزینه و وقت صرفه‌جویی بسیار شده است. همچنین مهندسان بی ام و با استفاده از سیستم‌های فنربندی و تعلیق رایج بی ام و زمان طراحی را كاهش داده‌اند. موتور جذاب HZR بر مبنای مدرن‌ترین و بزرگترین قوای محركه بی ام و شكل گرفته است این موتور چیزی نیست جز یك موتور ۱۲ سیلندر V شكل شش لیتری كه اولین موتور احتراق داخل تجاری هیدروژنی را پایه‌گذاری كرده است. مهم‌ترین تغییراتی كه در اجزای ساختمانی این موتور به نظر می‌رسد نوع تزریق سوخت هیدروژن است. البته نوع فولادی كه برای محفظه احتراق ساخته شده هم بسیار جالب است. آلیاژهای به كار رفته در این موتور از اسرار بی ام و است.

تفاوت احتراق بنزین و هیدروژن

مهم‌ترین تفاوت بین موتور احتراق داخلی بنزین‌سوز و هیدروژنی در ذات این دو سوخت است. هیدروژن تحت فشار هوای طبیعی سریع‌تر از سوخت معمولی مشتعل می‌شود اما دمای احتراق آن اندكی كمتر از بنزین است. در داخل موتور سرعت احتراق بالای مخلوط هیدروژن و هوا دمای بیشتری در مقایسه با یك موتور بنزینی تولید می‌كند. بنابراین، باید زمانبندی سوخت بنزین تغییر كند و جرقه باید زمانی زده شود كه بهترین فشار در نقطه مرگ بالای پیستون شكل بگیرد. یكی از مزایای قابل توجه فشار احتراق بالاتر از مخلوط هیدروژن و هوا، تولید قدرت بیشتر از مقدار انرژی است كه در یك موتور بنزینی مصرف می‌شود و این یعنی موتور هیدروژنی بازده و كارایی بیشتری دارد.

سوخت‌رسانی فوق مدرن

سوخت هیدروژن همان اندازه كه پاك است خطرناك نیز هست و به همان اندازه ذخیره آن پیچیده است. به همین دلیل، مهندسان بی ام و برای ساخت یك خودروی هیدروژنی با سد بزرگی رو به رو بوده‌اند. در خودروی HZR بیش از ۱۱ كیلوگرم هیدروژن مایع در یك مخزن عایق‌بندی شده ذخیره می‌شود. در مجموع برای حفظ ایمنی ساخت در تمام شرایط، سه عدد سوپاپ مخصوص روی مخزن سوخت قرار گرفته است. یكی از این سوپاپ‌ها با رسیدن فشار هیدروژن به میزان ۵/۴ بار باز می‌شود، دو سوپاپ دیگر نیز برای جلوگیری از خطر نشت هیدروژن از مخزن به بیرون در نظر گرفته شده است و دمای آن نیز پائین نگه داشته می‌شود. جالب است بدانید كه هیدروژن به سختی مایع می‌شود و باید این گاز را در حرارت ۱۵۰ درجه زیر صفر با فشار بالا قرار داد تا بتوان آن را مایع كرد. پس نوع مخزن ذخیره‌سازی هیدروژن هم بسیار پیچیده خواهد بود. حفظ ایمنی این مخزن پیچیده‌تر است چون در صورت انفجار به راحتی محله‌ای را به هوا خواهد برد. سوپاپ‌های اضافی فشار گاز در لوله‌های سوخت‌رسانی به موتور و میزان جابه‌جایی هیدروژن از داخل مخزن به سمت بیرون را كنترل می‌كنند. با مشاهده كوچكترین نشت، فشار هیدروژن به ۴/۰ بار كاهش یافته و سوپاپ‌های تامین سوخت به طور خودكار جریان هیدروژن را قطع می‌كنند. برای حفظ فشار مناسب در سوپاپ‌های تزریق سیستم مدیریت موتور فشار هیدروژن در لوله‌های مربوطه را به ۲/۱ بار كاهش می‌دهد. چهار سنسور نیز در نقاط خطرناك و حساس نصب شده و پس از هرگونه نشت در سیستم اخطار می‌دهند.

فناوری سوپاپ‌های پیشرفته

در موتور جدید هیدروژنی بی ام و از فناوری والوترینك بهره‌گیری شده است. این سیستم كه نام تجاری آن VANOS است دو مزیت دارد. تغییر زمان‌بندی سوپاپ‌ها و میزان بلند شدن و برخاستن سوپاپ‌ها. این سیستم منحصر به فرد برای متخصصان بی ام و برای كنترل عملكرد سوپاپ‌ها است و میزان بلند شدن سوپاپ‌ها را نیز مشخص می‌كند. این كار از طریق یك اهرم واسط بین میل سوپاپ و دو سوپاپ ورودی روی هر سیلندر انجام می‌شود و یك میله خارج از مركز نیز به وسیله یك موتور برق به حركت درمی‌آید.

آینده منتظر هیدروژن

استفاده از سوخت‌های فسیلی احتمالا در ۱۰۰ سال آینده، اندك اندك كنار گذاشته خواهد شد. آلودگی این سوخت‌ها مشكل‌ساز هستند و اگر مهندسان بتوانند از هیدروژن در موتور خودروها استفاده كنند، مشكل انرژی و آلودگی حل خواهد شد چرا كه تنها باقی مانده سوختن هیدروژن با اكسیژن آب است. اما هنوز راه زیادی باقی است. شاید بعید به نظر برسد؛ عنصر هیدروژن كه به گفته بسیاری از دانشمندان دومین عنصر طبیعت از نظر فراوانی است، به سختی تهیه و سخت‌تر از آن ذخیره می‌شود، حال باید دید دانشمندان چگونه از هیدروژن استفاده می‌كنند و چگونه كلید استفاده از معدن هیدروژن در خودروها پیدا خواهد شد.

امین آزاد