ظهور فناوری پیل سوختی هیدروژنی
از زمان معرفی نیسان لیف (سال ۲۰۱۰) و تسلا مدل S (سال ۲۰۱۲)، وسایل نقلیه الکتریکی با باتری (BEV) به کانون اصلی صنعت خودرو تبدیل شده‌اند. این تغییر ساختاری با سرعتی باورنکردنی در حال حرکت است. در سال ۲۰۲۱، سه میلیون BEV در چین فروخته شد که یک میلیون بیشتر از فروش سال ۲۰۲۰ بود. در همین حال، در ایالات متحده، انتظار می‌رود تعداد مدل‌های قابل فروش تا سال ۲۰۲۴ دو برابر شود.
با این حال، به منظور دستیابی به اهداف آب و هوایی جهانی، آژانس بین‌المللی انرژی ادعا می‌کند که صنعت خودرو، سالانه ۳۰ برابر بیشتر به مواد معدنی نیاز دارد. بسیاری نگران هستند این امر بر عرضه فشار وارد کند. داده‌ها نشان‌دهنده عدم تطابق احتمالی بین جاه‌طلبی‌های اقلیمی روزافزون در جهان و در دسترس بودن مواد معدنی حیاتی هستند. خوشبختانه، BEVها تنها راهکار برای کربن‌زدایی از حمل و نقل نیستند.
پیل سوختی هیدروژنی چگونه کار می‌کند؟
وسایل نقلیه الکتریکی پیل سوختی (FCEV) نوعی خودروی الکتریکی هستند که هیچگونه انتشار آلایندگی ندارند (جدا از هزینه‌های زیست محیطی تولید). تفاوت اصلی این است که BEVها حاوی یک باتری بزرگ برای ذخیره الکتریسیته هستند، در حالیکه FCEVها با استفاده از پیل سوختی هیدروژنی، الکتریسیته موردنیاز خود را تولید می‌کنند.
اجزای اصلی FCEV | اجزای اصلی BEV |
| باتری | باتری |
| مخزن سوخت هیدروژن | شارژر همراه |
| مجموعه پیل سوختی | موتور الکتریکی |
| موتور الکتریکی | |
| اگزوز |
در ادامه، به بررسی عملکرد اجزای اصلی FCEV خواهیم پرداخت.
باتری
بخش اول، باتری لیتیوم یونی است که برق موردنیاز برای تامین انرژی موتور الکتریکی را ذخیره می‌کند. در یک FCEV، باتری کوچکتر است زیرا منبع تغذیه اصلی نیست. مدل Plaid S دارای ۷۹۲۰ سلول لیتیوم یونی است، در حالی که تویوتا میرای FCEV حاوی ۳۳۰ سلول است.
مخزن سوخت هیدروژن
FCEVها دارای یک مخزن سوخت هستند که هیدروژن را در فرم گازی ذخیره می‌کند. هیدروژن مایع قابل استفاده نیست چرا که نیازمند سرمای زیاد است (منفی ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد). گاز هیدروژن به همراه اکسیژن، دو ورودی پیل سوختی هیدروژنی هستند.
مجموعه پیل سوختی و موتور
پیل سوختی از هیدروژن برای تولید الکتریسیته استفاده می‌کند. برای توضیح این فرآیند به زبان ساده، گاز هیدروژن از پیل عبور می‌کند و به پروتون و الکترون تقسیم می‌شود. پروتون از الکترولیت، که یک ماده مایع یا ژل است، عبور می‌کند. الکترون‌ها نمی‌توانند از الکترولیت عبور کنند و در عوض از یک مسیر خارجی استفاده می‌کنند. این فرآیند یک جریان الکتریکی برای تغذیه موتور ایجاد می‌کند.
” بخوانید: استفاده از سوخت هیدروژن در قطارها “
اگزوز
در انتهای فرآیند پیل سوختی، الکترون‌ها و پروتون‌ها به یکدیگر می‌رسند و با اکسیژن ترکیب می‌شوند. این امر باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی می‌شود که آب تولید می‌کند و در نهایت از لوله اگزوز خارج می‌شود.
کدام فناوری برنده است؟
همانطور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، بیشتر خودروسازان تمرکز خود را به سمت BEV برده‌اند. این نکته قابل‌توجه است که تویوتا، بزرگترین خودروساز جهان، در گروه BEV حضور ندارد.
پیل‌های سوختی هیدروژنی مورد انتقاد شخصیت‌های برجسته صنعت، از جمله، مدیرعامل فولکس واگن و ایلان ماسک، مدیرعامل تسلا قرار گرفته‌است. طبق گفته‌های مدیرعامل فولکس واگن، هیدروژن سبز (هیدورژن حاصل از الکترولیز با استفاده از انرژی تجدید پذیر) برای صنعت فولاد، مواد شیمیایی، صنعت هوایی و غیره موردنیاز است و نباید وارد حوزه خودرو شود. وی همچنین معتقد است این فناوری بسیار گران، ناکارآمد، کم‌سرعت و دشوار برای عرضه و حمل و نقل است.
تویوتا و هیوندای در طرف مقابل قرار دارند، زیرا هر دو شرکت به سرمایه‌گذاری در توسعه پیل سوختی ادامه می‌دهند. با این حال، تفاوت بین آن‌ها این است که هیوندای (و برند خواهرش کیا) هنوز در حال عرضه BEV است.
این یک اشتباه غافلگیرکننده برای تویوتا است که پیشگام خودروهای هیبریدی مانند پریوس بود. منطقی است که فکر کنیم بعد از این موفقیت، BEVها گام بعدی خواهند بود. بنابر گزارشهای وبسایت Wired، تویوتا تمام تلاش خود را روی توسعه هیدروژن قرار داد و این واقعیت را نادیده گرفت که بیشتر این صنعت به سمت دیگری حرکت می‌کند. این شرکت با درک اشتباه خود و نیاز به خرید زمان، به لابی‌گری علیه پذیرش خودروهای الکتریکی متوسل شده‌است. انتظار می‌رود تویوتا اولین BEV خود، کراس اوور bZ4X را برای مدل سال 2023 عرضه کند، بیش از یک دهه از زمانی که تسلا مدل S را عرضه کرد.
چالش‌های پذیرش پیل سوختی
چالش‌های متعددی بر سر راه پذیرش گسترده FCEV قرار دارند. یکی از این چالش‌ها عملکرد داخل خودرو است، هرچند که تفاوت جزئی است.
از نظر حداکثر برد، بهترین FCEV (تویوتا میرای) برای ۴۰۲ مایل دارای رتبه EPA بود. در حالیکه بهترین BEV (لوسید ایر) ۵۰۵ مایل دریافت کرد.
دو مسئله بزرگتر شامل مشکل راندمان هیدروژن و تعداد بسیار محدود جایگاه‌های سوخت‌رسانی هستند. طبق آمار وزارت انرژی ایالات متحده، تنها 48 ایستگاه هیدروژن در سراسر این کشور وجود دارد که 47 ایستگاه در کالیفرنیا و یک ایستگاه در هاوایی قرار دارد.
از طرف دیگر، BEVها دارای ۴۹ هزار و ۲۱۰ ایستگاه شارژ در سراسر ایالات متحده هستند و می‌توانند در خانه نیز شارژ شوند. این تعداد مطمئنا افزایش خواهد یافت، زیرا دولت بایدن پنج میلیارد دلار به ایالت‌ها اختصاص داده تا شبکه‌های شارژ خود را گسترش دهند.
منبع:
