الهيدروجين وقود المستقبل؟

هيدروجين

الكثير سيارات الهيدروجين لقد هبطت إلى المرتبة الثانية مع بروز السيارات الهجينة والغازية والكهربائية. ومع ذلك ، يمكن أن يكون الهيدروجين وقود المستقبل ، مع مزايا تفوق بكثير السيارات الكهربائية من حيث احترام البيئة. وهي أن السيارات الكهربائية ليس لها انبعاثات ، لكن بطارياتها تمثل تحديًا بيئيًا خطيرًا بسبب إنتاج الليثيوم وإعادة تدويره وإدارة النفايات. ومع ذلك فالهيدروجين هو الاوزة التي تبيض ذهبا فكلها مزايا ...

ما هو الهيدروجين؟

هيدروجين

El هيدروجين إنه عنصر كيميائي في الجدول الدوري يتميز بكونه أبسط العناصر برقم ذري 1. إنه غاز خفيف جدًا ويمكن تخزينه ولا يولد انبعاثات ملوثة في حد ذاته. مع هذه الخصائص هو مرشح مثالي للاستخدام كوقود. بالإضافة إلى ذلك ، فهي وفيرة جدًا على الأرض ، ويمكن إنتاجها بسهولة من خلال العمليات الكيميائية. يمكن استخدام الطاقة المتجددة لإنتاج هذا النوع من الغاز. لذلك ، يمكن أن تكون أيضًا وسيلة للحصول على الطاقة المتجددة.

أنواع الهيدروجين

هناك تسمية لونية تصنف الهيدروجين حسب طريقة الحصول عليه. من المهم معرفة أنواع الهيدروجين الموجودة، كيف:

  • الهيدروجين الرمادي: يتم الحصول على هذا النوع من الهيدروجين عن طريق إعادة تشكيل الوقود الأحفوري ، مثل الغاز الطبيعي. إنه أرخص هيدروجين يتم إنتاجه في الوقت الحالي ، لكن ثاني أكسيد الكربون ينبعث في الغلاف الجوي أثناء الإنتاج ، لذا فهو ليس طريقة نظيفة للحصول عليه. إنه الأرخص والأكثر إنتاجًا اليوم.
  • الهيدروجين الأزرق: هو نوع آخر من الهيدروجين يتم الحصول عليه من الوقود الأحفوري ، ولكن هذه المرة بتقنيات قادرة على التقاط وتخزين انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي يتم إنتاجها أثناء العملية حتى لا يتم إطلاقها في الغلاف الجوي ، لذلك يكون لها تأثير بيئي أقل من رمادي. بالطبع ، لا يتم التخلص تمامًا من الانبعاثات أثناء إنتاجها ، ولكن يتم تقليلها. سعر إنتاج هذا النوع من الهيدروجين متوسط.
  • الهيدروجين الأخضر: إنه الأفضل بين الثلاثة ، وسيتحدث عنه كثيرًا. يتم الحصول على هذا الهيدروجين المتجدد من خلال التحليل الكهربائي للماء ، لذلك لا يتولد أي تلوث أثناء العملية. بالإضافة إلى ذلك ، لتغذية أنظمة التحليل الكهربائي ، يتم ذلك باستخدام الطاقات المتجددة مثل الرياح أو الطاقة الشمسية ، لذلك فهي وقود مستدام ونظيف تمامًا. ومع ذلك ، يتم إنتاجه حاليًا بكميات أقل من السابقتين وهو الأغلى.

التحدي هو استبدال كل الهيدروجين الأخضر بهيدروجين أخضر ، وبهذه الطريقة احصل على الوقود المناسب.

كيف يتم الحصول على الهيدروجين؟

الهيدروجين الأخضر

يمكن إنتاج الهيدروجين ، كما رأينا في القسم السابق ، بطرق مختلفة. ولكن بغض النظر عن الطاقة المستخدمة في عملية الإنتاج ، فلنلقِ نظرة الآن على الطرق التي يمكن من خلالها الحصول على هذا الغاز وفيرة جدا:

  • التحول الجزيئي: يتم تحقيق هذه التقنية من سلسلة من التفاعلات الكيميائية للحصول على الهيدروجين. من بين التقنيات الأكثر استخدامًا استخدام الغاز الطبيعي الذي يتم الحصول عليه من حقول النفط. يستخدم البخار عالي الحرارة لفصل الكربون عن الهيدروجين الذي يتكون منه الغاز الطبيعي. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على الهيدروجين من جهة وثاني أكسيد الكربون من جهة أخرى.
  • تغويز: طريقة تحقق التغويز ببخار الماء والأكسجين النقي من الفحم أو الكتلة الحيوية. في المفاعل ، يتم حرق الفحم أو الكتلة الحيوية في درجات حرارة عالية جدًا. يطلق هذا الاحتراق غازات من بينها أول أكسيد الكربون شديد السمية (CO) وثنائي الهيدروجين من ناحية أخرى.
  • التحليل الكهربائي للماء: هي أفضل طريقة من الثلاثة من حيث الاستدامة وأيضًا من حيث الوفرة ، حيث أن معظم الأرض تتكون من الماء. لذلك يمكن الحصول عليها من مياه البحار والمحيطات. لهذا ، يتم استخدام خزان المياه حيث يتم إدخال الأقطاب الكهربائية. من خلال تطبيق تيار كهربائي مستمر ، يتم فصل جزيئات الماء (H2O) إلى أكسجين (O2) وهيدروجين (H2). عندما يكون مصدر الطاقة لهذه الكهرباء هو الطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية أو الرياح ، يُقال أن هذا الهيدروجين أخضر.

كيف يعمل محرك الهيدروجين (خلية الوقود)؟

محرك الهيدروجين

عندما نحتاج تحويل الهيدروجين إلى طاقةيمكن تخزين غاز الهيدروجين في خزانات محددة من حيث يتم توجيهه إلى خلية وقود. هناك يتم إعادة تجميعها مرة أخرى مع الأكسجين الموجود في الهواء (كما يحدث في محرك الاحتراق الداخلي عندما يدخل الهواء إلى الأسطوانة لتسبب الاحتراق) ، مما ينتج عنه تفاعل نشط وبالتالي يتم الحصول على الطاقة. بهذه الطريقة ، لن تنبعث أي غازات ملوثة من أي نوع في الغلاف الجوي ، لأن النفايات الوحيدة الناتجة عن هذا النوع من المحركات هي الماء. يؤدي إعادة دمج الأكسجين في الهواء مع الهيدروجين إلى إنشاء جزيئات H2O في هذه العملية. ماء يمكن استخدامه لأغراض أخرى ، بما في ذلك تجديد الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي.

بفضل هذا التفاعل بين الهيدروجين والأكسجين في خلية الوقود الخاصة بك ، يتم توليد الكهرباء لتحريك محرك كهربائي وقيادة السيارة. وهذا يعني أن سيارات الهيدروجين كهربائية في الأساس ، على الرغم من أنها لا تحصل على طاقتها من بطارية الليثيوم أو أي نوع آخر ملوث ، ولا من محرك هجين به انبعاثات أيضًا. ومع ذلك ، يمكن أن تحتوي بعض المركبات من هذا النوع على بطارية لتخزين الطاقة التي لا يتم استهلاكها للاستخدام في وقت آخر. على سبيل المثال ، عندما يكون الطلب على الطاقة مرتفعًا ، يتم استهلاك كل الطاقة التي تأتي من خلية الوقود ، بينما إذا كانت منخفضة ، يمكن تحويل جزء منها إلى المحركات الكهربائية وجزء ليتم تخزينه في البطارية.

العديد من هذه المركبات لديها أيضا مكابح متجددة، أي تجميع الطاقة الكهربائية من الكبح ، مما يساعد على تقليل استهلاك الهيدروجين وتحقيق استقلالية أفضل. وكما ذكرت سابقًا ، فإن النفايات الوحيدة التي تتولد هي المياه ، والتي ستطردها من خلال أنبوب العادم.

أما بالنسبة لل مكونات مركبة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين، لدينا:

  • وحدة التحكم في الطاقة: هو نظام يتحكم بالشكل الأمثل في توصيل الطاقة في خلية الوقود ، وكذلك شحن البطاريات واستخدام هذه الطاقة الكهربائية.
  • محرك كهربائي: قد يكون هناك واحد أو أكثر. عادة ما يكون هذا محركًا متزامنًا مغناطيسيًا دائمًا يقوم بتحويل الكهرباء من خلية الوقود أو البطارية إلى طاقة لدفع السيارة.
  • محول جهد خلية الوقود: هو النظام القادر على تكييف الكهرباء المتولدة من خلية وقود الهيدروجين للحصول على الجهد المناسب للمحركات.
  • مجموعة خلايا الوقود: هو القلب الحقيقي للنظام ، المكون الذي يتم فيه تحويل الطاقة الكيميائية القادمة من إمداد الهيدروجين من الخزانات والأكسجين من الهواء إلى طاقة كهربائية.
  • بطارية: البطارية هي المسؤولة عن تخزين الطاقة المتولدة من خلية الوقود والتي يتم استعادتها من التباطؤ ، وكذلك تعزيز قوة خلية الوقود أثناء التسارع في حالات ارتفاع الطلب.
  • خزانات الضغط العالي: يجب تخزين الهيدروجين بأمان في خزانات الضغط العالي. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون هناك صمامات ضغط زائد ، وتحذير في حالة حدوث تسرب للهيدروجين وهيكل ثلاثي الطبقات: واحد مصنوع من البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية ، والبوليمر الوسيط والثالث مصنوع من البلاستيك المقوى بألياف الكربون. كل شيء لتحمل ضغوط عالية جدا.

تشغيل خلايا الوقود

خلية الوقود

لقد قلنا أن خلية الوقود، أو المركبة الكهربائية لخلايا الوقود الهيدروجينية (FCEV) ، مسؤولة عن توليد الطاقة الكهربائية من التفاعل بين الهيدروجين والأكسجين من الهواء في الغلاف الجوي. حسنًا ، من أجل إنتاج تلك الكهرباء ، يتم استخدام التفاعلات الكهروكيميائية. ستستخدم خلايا الوقود أنودًا وكاثودًا على كل جانب من المنحل بالكهرباء. على سبيل المثال ، يتم تغذية القطب الموجب بالهيدروجين ويتم استخدام محفز لتوليد أيونات موجبة الشحنة تتدفق عبر الإلكتروليت إلى القطب السالب. وفي الوقت نفسه ، عند الكاثود ، يسحب الهواء إلى النظام ويتحد مع عامل حفاز وأيونات الهيدروجين والإلكترونات لإنتاج الحرارة والماء كمنتجات ثانوية. هذا يحث على توليد الكهرباء الحالية.

تجربة قيادة مركبة الهيدروجين

نصائح للقيادة على الجليد ، أفضل السيارات لبدء القيادة

من الناحية العملية ، عند قيادة مركبة تعمل بالهيدروجين ، فإن تجربة مماثلة تقريبًا لتجربة سيارة كهربائية تعمل بالبطارية. ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات الطفيفة ، سيتم تحسين الكثير منها بمرور الوقت ، عندما تتقدم التكنولوجيا ، كما حدث أيضًا في السيارات الكهربائية ، والتي تغيرت كثيرًا من الموديلات الأولى المقدمة إلى النماذج الحالية ، على الرغم من حقيقة أنها كذلك صغير نسبيًا.

التحدي الذي يواجه مهندسي السيارات هو خلايا وقود الهيدروجين تعمل بشكل أفضل مع قوة ثابتة. ومع ذلك ، فإن متطلبات الطاقة لمركبة تقليدية عند قيادتها على طرق مختلفة ، مثل الطرق الحضرية أو السريعة ، تتطلب تغييرات في توصيل الطاقة. شيء يعمل عليه المهندسون لتقديم أفضل النتائج الممكنة.

على سبيل المثال ، تويوتا ميراي لديها 90 كيلو واط (120 حصان) القدرة المقدرة. لكن هذا لا يكفي لتسريع الطريق السريع عالي السرعة ، لذلك تضيف تويوتا (مثل مصنعي مركبات الكربون الهيدروفلورية الأخرى) بطارية منخفضة السعة وعالية الجهد ، مثل تلك المستخدمة في السيارات الهجينة التي تعمل بالبنزين والكهرباء ، للمساعدة في تحقيق هذا التسارع والقوة الزائدين عندما طالب. أيضًا ، هذا لا يعني أن السيارات القوية جدًا لا يمكن تصنيعها بخلايا الوقود ، في الواقع ، فإن السيارة الخارقة Hyperion XP-1 هي سيارة هيدروجين يمكن أن تتسارع من 0-100 كم / ساعة في حوالي 2.6 ثانية ، وتصل إلى سرعات قصوى تبلغ 356 كم / ساعة.

مزايا وعيوب الهيدروجين كوقود

إيجابيات وسلبيات

أخيرًا ، من المهم إبراز ملف مزايا وعيوب يجب أن يستخدم الهيدروجين كوقود للمركبات:

ميزة

بين ميزة من استخدام الهيدروجين كوقود لدينا:

  • انبعاثات صفرية: مركبات الهيدروجين تطلق الماء فقط كمنتج ثانوي. لذلك ، أنت تساهم في البيئة.
  • التزود بالوقود بسرعة: سوف يستغرق الأمر بضع دقائق فقط للتزود بالوقود ، حيث سيتعين عليك فقط ملء خزانات الهيدروجين مرة أخرى كما تفعل بالديزل أو البنزين. لا علاقة للكهرباء التي تحتاج إلى توصيلها لفترة طويلة لشحن بطاريتها بالكامل. بالإضافة إلى ذلك ، يبلغ متوسط ​​تكلفة السيارة الكهربائية حوالي 8.5 يورو لكل 100 كيلومتر ، على غرار ما يتم إنفاقه على الوقود مثل الديزل أو البنزين. بدلا من ذلك ، يمكن أن يكون الهيدروجين أرخص.
  • يفي بأهداف الاتحاد الأوروبي: الأهداف التي حددها الاتحاد الأوروبي للحد من الانبعاثات يتم تحقيقها أكثر من مجرد مركبات الهيدروجين. في اقتراح الاتحاد الأوروبي لعام 2030 ، يهدف إلى تقليل انبعاثات الغازات الملوثة بنسبة 35 ٪ ، وتنبعث سيارة الهيدروجين 0.
  • الحد الأدنى من الصيانة: تحتاج هذه المحركات الكهربائية إلى صيانة بسيطة وبسيطة ورخيصة ، فضلاً عن كونها موثوقة تمامًا. لذلك ، لن تضطر إلى الاستثمار بقدر ما تستثمر في سيارة ذات محرك احتراق في هذا الصدد.
  • صامتة: إنها هادئة تمامًا مثل الكهربائية ، لذا لن تساهم في التلوث الضوضائي الموجود في العديد من المدن.
  • قدر أكبر من الحكم الذاتي: تتمتع سيارات الهيدروجين باستقلالية أكبر ، وهو أمر مهم للغاية. بينما تقدم السيارات الكهربائية نطاقات تصل إلى 300 كيلومتر في المتوسط ​​، يمكن لمركبات الهيدروجين تحقيق أكثر من ضعف ذلك. يمكنهم حتى تحقيق الحكم الذاتي لأكثر من 2000 كم في المستقبل القريب.
  • انبعاثات صفرية: باستخدام ملصق DGT Zero Emissions ، يمكنك ركن سيارتك دون دفع فلس واحد في المدن ، بحيث يمكنك التمتع بنفس مزايا السيارات الكهربائية عند القيادة في المناطق الحضرية.
  • تحمل درجات الحرارة القصوى: على عكس السيارات الكهربائية بنسبة 100٪ ، يمكن أن تعمل سيارات الهيدروجين في درجات حرارة أكثر تطرفًا. لن يكون ملحوظًا في أداء السيارة أو في استقلاليتها ، وهو أمر يحدث مع السيارات الكهربائية.

عيوب

بالطبع ، مركبات الهيدروجين لديها أيضًا عيوبه، مثل كل شيء. أبرزها:

  • السعر: نظرًا لأنها ليست تقنية ناضجة ، فإن سيارات الهيدروجين لها سعر أعلى من السيارات التقليدية أو السيارات الكهربائية. لذلك ، إنها تفاصيل يجب مراعاتها. ومع ذلك ، على المدى الطويل ، يمكنك التوفير في الوقود وفي ورشة العمل ، نظرًا لمدى موثوقيتها. بالإضافة إلى ذلك ، لا بد من القول إن أسعار هذه السيارات تميل إلى الانخفاض مع مرور الوقت ، حيث أن تقنية إنشاء خلايا الوقود وأيضًا لخزانات الهيدروجين ستنضج أكثر ، والتي يجب أن تكون آمنة جدًا لتحمل الضغوط العالية وتجنب التسربات في الحوادث التي يمكن أن تؤدي إلى انفجارات.
  • نقاط قليلة للتزود بالوقود: نظرًا لأنها تقنية دفع أقلية حاليًا ، كما هو الحال مع السيارة الكهربائية ، فلا توجد نقاط كثيرة للتزود بالوقود. يجب أن يتغير هذا تدريجيًا. في إسبانيا ، على سبيل المثال ، يمكن حساب المواقع بأصابع يد واحدة ، حيث لا يوجد سوى حوالي 6 نقاط في إشبيلية ، ألباسيتي ، بويرتولانو ، سرقسطة ، هويسكا وبارباسترو. بلدان أخرى ، مثل ألمانيا ، لديها بالفعل المزيد من المركبات من هذا النوع ، وتهدف إلى الوصول إلى 500 نقطة للتزود بالوقود.
  • القليل من التنوع في النماذج: نظرًا لأنها ليست تقنية منتشرة على نطاق واسع ، يوجد حاليًا عدد قليل من العلامات التجارية والنماذج للاختيار من بينها ، على الرغم من أن هذا سيتغير أيضًا مع مرور الوقت وينتجها المصنعون على نطاق أوسع. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عدم وجود نقاط للتزود بالوقود أو شبكة الهيدروجين لا يساعد في تشجيع بيع هذا النوع من المركبات. ومع ذلك ، لديك بالفعل سيارات هيدروجين رائعة مثل Toyota Mirai و Hyundai Nexo و Honda Fuel Cell Clarity و Hyperion XP-1 و BMW i Hydrogen NEXT ، إلخ.
  • غير مضغوط: نظرًا لتعقيد خزانات الهيدروجين وخلية الوقود ، تميل هذه السيارات إلى أن تكون ذات أبعاد أكبر ، لذلك إذا كنت تبحث عن مرافق صغيرة الحجم ، فيمكنك نسيانها. على الأقل في الوقت الحالي ، حتى يتم تحقيق درجة أعلى من الضغط. حتى في بعض الحالات ، لا يكون الجذع عادةً واسعًا جدًا ، لأن المكونات الميكانيكية الأخرى تستهلك جزءًا من مساحتها. بهذا المعنى فهي تشبه الكهربائية.
  • بيليجروسو: الهيدروجين شديد التقلب وقابل للاشتعال. لهذا السبب ، يجب أن تكون خزانات الهيدروجين شديدة المقاومة وآمنة ، وتتحمل التأثيرات ، وتتجنب التسربات بأنظمة الأمان الإضافية ، وتتحمل الضغوط العالية. كل ذلك للحفاظ على سلامة السائقين والركاب الآخرين. هذا يؤدي إلى مشكلة مشتقة أخرى ، وهي أن خلية الوقود والخزانات عادة ما يكون لها عمر إنتاجي محدود ، بالنظر إلى لوائح السلامة. حاليًا ، من المقدر أن الحد الأقصى لخزان الهيدروجين هو 15 عامًا ، وفي ذلك الوقت يجب استبداله بخزان جديد. أما بالنسبة لخلية الوقود ، فيقدر بعض المصنّعين أنها يمكن أن تقلل طاقتها بنسبة 15٪ بعد أن استخدمت حوالي 225.000 ألف كيلومتر ، على الرغم من أنها تتحسن شيئًا فشيئًا في هذا الصدد.

تابعونا على أخبار جوجل

كن أول من يعلق

اترك تعليقك

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها ب *

*

*

  1. المسؤول عن البيانات: ميغيل أنخيل جاتون
  2. الغرض من البيانات: التحكم في الرسائل الاقتحامية ، وإدارة التعليقات.
  3. الشرعية: موافقتك
  4. توصيل البيانات: لن يتم إرسال البيانات إلى أطراف ثالثة إلا بموجب التزام قانوني.
  5. تخزين البيانات: قاعدة البيانات التي تستضيفها شركة Occentus Networks (الاتحاد الأوروبي)
  6. الحقوق: يمكنك في أي وقت تقييد معلوماتك واستعادتها وحذفها.