خودروهای پیل سوختی در بوته آزمایش

خودروی پیل سوختی در راه است, شاید خودروهای نیمه الكتریكی و نیمه بنزینی راه را هموار سازند فرانسیس ر پرلی از شركت پیل های سوختی UTC كانتیكت می گوید آب خالص و تمیز تنها چیزی است كه از اگزوز خودروی پیل سوختی خارج می شود, این مطلبی است كه همواره به ما گفته اند و نوید تولید, انبار و نگهداری هیدروژن در مقیاس انبوه را به ما داده اند

خودروی پیل سوختی در راه است، شاید خودروهای نیمه الكتریكی و نیمه بنزینی راه را هموار سازند. فرانسیس.ر.پرلی از شركت پیل های سوختی UTC (كانتیكت) می گوید: آب خالص و تمیز تنها چیزی است كه از اگزوز خودروی پیل سوختی خارج می شود، این مطلبی است كه همواره به ما گفته اند و نوید تولید، انبار و نگهداری هیدروژن در مقیاس انبوه را به ما داده اند. هیدروژنی كه در یك واكنش شیمیایی، الكتریسیته تولید می كند؛ اما پژوهشگران پیل های سوختی باید به این پرسش پاسخ دهند كه آب تولید شده در این فرایند مشکلی به بار می آورد یا نه؟ پرلی می گوید: در زمستان، آب یخ می زند و در تابستان بخار می شود. روشن كردن یك پیل سوختی در هوای صفر درجه مشكل اساسی است كه با وجود پیشرفت های فراوان در زمینه كنترل آب تولیدی پیل سوختی، همچنان حل نشده باقی مانده است. اندرو بوسو، دیگر سخنران همایش از GM R&D در نیویورك به حضار اعلام كرد كه پیل های سوختی امروزی هنوز خیلی پرهزینه تر از این هستند كه بتوانند در مقیاس وسیع با موتورهای احتراق داخلی رقابت كنند. او پیش بینی می كند كه پیشرفت ها در زمینه مواد، پیچیدگی سیستم های پیل سوختی امروزی را كمتر خواهد كرد. او می گوید كه رایانه به عنوان ابزاری توانمند می تواند راهگشا باشد. مثلاً در محاسبات دینامیكی عددی و تحلیل های اجزای محدود، راه های گوناگونی برای آرایش فشرده پیل های سوختی و پاسخ آنها به تنش های صفحه ای آزمایش می شوند. ابزار اندازه گیری تجربی به كمك پژوهش گران می آیند تا جریان سیال را مشاهده كنند، دما را مستقیم اندازه بگیرند و نحوه توزیع فشار را دریابند. هنوز كارهای مهندسی زیادی باقی مانده است تا بتوان پیل سوختی را به عنوان نیروی محركه قدرتمندی در خودروها و به عنوان نیروگاه های كوچك در خانه ها به كار گرفت. پذیرش این فناوری به بستر سازی و گام های پایه ای نیاز دارد. این راه ما را به سوی استفاده از میان برهای تفنی سوق خواهد داد. برای مثال، DOE آماده است تا برای آینده كیت های تبدیل گر بنزینی كه برای استخراج هیدروژن از بنزین (برای پروتونی كه برای غشای تبادلی به كار می رود) بر روی موتور خودرو نصب می شوند، تصمیم بگیرد. غشای تبادل پروتون را به اختصار PEM می نامند. مسئله اصلی زمانی است كه برای گرم شدن تبدیل گر مورد نیاز است. تاخیر ۳۰ ثانیه ای، حداكثر زمانی است كه رانندگان حاضرند برای گرم شدن موتور صبر كنند. البته، پیل های سوختی PEM بهترین انتخاب برای صنعت اتومبیل به شمار می روند، اما تنها نوع پیل سوختی پذیرفتنی برای خودروها نیستند. سیستم های اتومبیل دلفی و BMW پیل سوختی اكسید جامدی (SOFC) را ساخته اند كه می تواند توان الكتریكی اضافی هم برای اتومبیل تولید كند. گفتنی است كه اتومبیل های امروزه سه برابر بیشتر از انرژی الكتریكی كه برای فرونشاندن ماموریت آپولو بر روی ماه نیاز بود، برق مصرف می كنند. ایده اولیه این طرح این است كه یك SOFC با درجه حرارت بالا، وظیفه تولید الكتریسیته را بر دوش گیرد و موتور را از زیر بار تولید آن رهایی بخشد. یك موتور كوچك تر با بازده بالاتر برای تامین نیروی محركه اتومبیل كافی خواهد بود. SOFC با همین گازوییل و بنزین معمولی كار خواهد كرد، زیرا تبدیل گر هیدروژن به همراه خود SOFC تعبیه شده است. پیل سوختی ۵ كیلوواتی سیستم تهویه مطبوع و دیگر سیستم های الكتریكی خودرو را حتی هنگامی كه موتور اصلی پشت چراغ قرمز ایستاده است، تغذیه می كند، درواقع یك نوع موتور هیبریدی است. هرچند SOFC هرگز پیل سوختی انتخابی برای نیروی محركه خودروها نخواهد بود، زیرا گرم كردن آن به زمان زیادی نیاز دارد. در همین حال راه حل جدیدی را برای معرفی فناوری پیل سوختی به مردم بدون تحمیل خطرپذیری های تكنولوژیك ورود ناگهانی تولید انبوه خودروهای پیل سوختی، ارائه می كند. اگر موفقیت موتورهای هیبریدی یك گام اولیه است، پس بقیه راه نیز به گونه ای پیموده خواهد شد. كرایسلر برنامه ریزی كرده است كه نخستین خودروهای دیفرانسیل جلو را تا سال ۲۰۰۶ روانه بازار كند. فورد اكنون مدل هیبریدی Escape را تولید می كند و به جمع هوندا و تویوتا در بازار خودروهای هیبریدی الكتریكی آمریكای شمالی پیوسته است. یك موتور ۳/۲ لیتری چهارسیلندری و یك موتور كشتی ۶۵ كیلووات به همراه هم قدرتی معادل یك موتور ۶۹ سیلندر با ۲۰۰ اسب بخار را برای مدل Escape فورد فراهم می آورند. هزینه مسافت پیموده شده تا ۷۵ درصد به نسبت Escape XLT كه با موتور بنزینی معمولی كار می كند، كاهش یافته است. این خودرو یك خروجی V ۱۱۰ ولت دارد كه می تواند یك كامپیوتر لپ تاپ را شارژ كند. فورد، Escape را یك مدل فول هیبرید می خواند، یعنی این كه موتور می تواند به تنهایی با انرژی باتری هم ادامه حركت دهد، مانند اتومبیل تویوتا. خودرو هوندا فقط با كمك موتور و هنگامی كه موتور روشن است، می تواند حركت كند. یك مداد روشن/خاموش موتور را در پشت چراغ قرمزها خاموش می كند. موتورهای هیبریدی هنگام ایستادن و یا حركت لاك پشتی در ترافیك ها و پشت چراغ ها اقتصادی اند. در این شرایط، اتومبیل های معمولی نیز اگر راننده همت داشته باشد و موتور را در هنگام ترافیك خاموش كند، همین كار را انجام می دهند، اما تهویه مطبوع و ضبط صوت را نمی توان پیوسته روشن نگه داشت. در واقع ماشین های هیبریدی بدون این كه این مزیت ها را از ما سلب كنند، با استفاده از سیستم های كنترلی پیچیده همین كار را برای ما انجام می دهند. در هالیوود مشتریان بسیاری برای اتومبیل های هیبریدی وجود دارد، زیرا هزینه اضافی و پیچیدگی سیستم های اتومبیل چندان به چشم آنان نمی آید. باید دید كه فناوری برای جذب مشتری در این زمینه چه دشواری هایی دارد. مهندس جیم لاكس توضیح می دهد كه انرژی جنبشی اتومبیلی كه در بزرگراه با سرعت می راند و ۰۰۰/۳ پوند وزن دارد، برای پیمودن یك چهارم مایل، حدود ۵۰۰ كیلو ژول انرژی نیاز دارد. بیشتر این انرژی صرف غلبه بر نیروی مقاومت هوا می شود. در نتیجه برای جبران این میزان مصرف انرژی در باتری، به سرعت عمل نیاز است. این سرعت سبب گرم شدن سریع تر باتری ها می شود و عمر مفید آنها را كاهش می دهد. PZEV یا خودروهایی با خروجی گازهای آلاینده خیلی كم، از نظر مهندسان معمولی تر كه درآمد ستارگان هالیوود را برای خرید خودرو ندارند، انتخاب بهتری به نظر می رسند. هزینه خرید آنها اندكی بیشتر از اتومبیل های معمولی است، اما كاهش اساسی در گازهای خروجی دارند كه تقریباً با خروجی انواع هیبریدی و گازسوز برابر است. فورد، كرایسلر، هوندا و بسیاری دیگراز تولیدكنندگان اتومبیل PZEV را در كالیفرنیا به فروش می رسانند؛ جایی كه مقررات حفاظت از محیط زیست بسیار سختگیرانه است. برای مثال فورد فوكوس PZEV مبدل كاتالیكی را نزدیك تر به منیفلد اگزوز قرار می دهد تا زمان گرم شدن كاتالیزور را كاهش دهد. یك سیستم مخصوص بازگردش گاز بی اثر را به درون موتور باز می گرداند تا NOx را كاهش دهد. سوپاپ های پروانه ای در منیفلد مكنده آشفتگی (turbulence) هوای ورودی افزایش می یابد و در نتیجه نسبت مخلوط شدن هوا به سوخت بهبود می یابد. با این كه هزینه بنزین به ازای مسافت در اتومبیل های هیبریدی كمتر است، استقبال از آنها حتی با رسیدن قیمت بنزین به بیش از گالنی ۲ دلار چندان چشمگیر نبوده است. وزارت انرژی تخمین می زند كه برای مثال یك هوندا سیویك هیبریدی تنها سالیانه ۱۵۰ دلار صرفه جویی در مقایسه با هوندا سیویك LX معمولی برای صاحبش صرفه جویی می كند. درنتیجه چند هزار دلار اضافی برای یك اتومبیل هیبریدی برای صاحبش چندان منفعتی دربرندارد. او با این پول می تواند یك آكورد PZEV بخرد. شورلت سیلورادو ۲۰۰۵ و GMC سرا دو وانت هیبریدی قابل قبولند. این دو خودرو به جای این كه از استارتر/آلترنیتورهای معمول در هیبریدهای دیگراستفاده كنند، از ژنراتورهای قوی تری بهره می جویند كه توان تولید ۰۰۰/۱۴ وات، توان الكتریكی و ۴ خروجی برق ۱۱۰ ولت ۱۲۰ آمپری را دارد. ۳۲ ساعت هم پیوسته می تواند كار كند، بدون این كه موتور بنزینی اش روشن شود. یعنی می تواند به عنوان یك نیروگاه برق اضافی، در هنگام قطع برق سراسری بخشی از برق مورد نیاز خانه را فراهم كند. از سال ها پیش توسعه دهندگان صنعت پیل سوختی، پیل های سوختی را به عنوان نیروگاه های كوچك خانگی به بازار معرفی می كنند، اما تبدیل اتومبیل های جانشین (به ویژه پیل سوختی ها) به یك ژنراتور ساكن برای خانه ها ایده ای است كه سازندگان اتومبیل ها را می تواند به خود مشغول دارد. به هر حال صاحب نظران می گویند كه پیل های سوختی ابتدا وارد بازار تامین انرژی خانه ها خواهند شد و به این زودی ها گام به حیطه اتومبیل ها نخواهد گذاشت. دست كم تا پیش از سال ۲۰۱۰ اتومبیل های پیل سوختی وارد بازار نخواهند شد. با مصرف سرسام آور انرژی همچنان اخطار فرارسیدن بحران انرژی تكرار خواهد شد. برای فراگیری انرژی هیدروژنی هنوز به پیشرفت های تكنولوژیك فراوانی نیاز است، اما در این هنگام از اتومبیل های هیبریدی می توان مانند پلی برای گذار به این زمان استفاده كرد؛ پلی كه با فرا رسیدن عصر هیدروژن نیز، همچنان پابرجا خواهد ماند. منبع: www.memagazine.com، نویسنده: پاول شارك

نویسنده : آرمین غفوریان