دنده ۶/ امروزه بیش از هرزمانی، “خودروهای سبز”، جایگاه خود را در میان بازار رنگارنگ خودرو های بنزینی و دیزلی پیدا کرده اند. شرکت ها و کارخانه های فراوانی با استخدام مهندسین و متخصصین، سعی بر عرضه تکنولوژی هایی دارند که بتوانند زمین را از چنگال آلودگی و حتی مرگ رهانیده و عمر دوباره ای به آن ببخشند.
حتی سیاستمداران کشورهایی مانند فرانسه و بریتانیا به کمک علم و تکنولوژی آمده اند و فروش خودروهای دیزلی و بنزینی را بعد از سال ۲۰۴۰ ممنوع کرده اند. حتی کشورهایی مانند نروژ و هلند نیز قصد تصویب مصوبه ای را دارند که از فروش خودروهای بنزینی و دیزلی بعد از سال ۲۰۲۵ ممانعت به عمل بیاورند.
یکی از تکنولوژی هایی که سروصدای زیادی در عرصه جهانی به راه انداخته است، تکنولوژی پیل سوختی است. در ادامه نحوه عملکرد خودروهای پیل سوختی را با هم بررسی خواهیم کرد.
خودروهای پیل سوختی (Fuel Cell Vehicles) یا به اختصار FCVs معمولا از سوخت “هیدروژن” برای قدرت بخشیدن به موتور الکتریکی استفاده میکنند.
گرچه اخیرا سوخت هایی مانند “متان یا CH4” نیز مطرح شده اند اما همچنان هیدروژن در اولویت استفاده در پیل های سوختی قرار گرفته است. برخلاف ماشین های بنزینی و دیزلی، خودروهای FC، از ترکیب اکسیژن و هیدروژن برای تولید الکتریسیته استفاده میکنند.
تنها محصول فرآیند تبدیل گاز هیدروژن به الکتریسیته، آب است. بله آب، همین آبی که روزانه آن را مینوشید. گرما نیز یکی از محصولات اضافی این فرآیند به شمار میآید. از آنجایی که فقط آب از اگزوز خودرو خارج شده، از این خودروها به عنوان Zero-emission یا نشر آلودگی صفر درصد یاد میشود.
تولید هیدروژن به خودی خود آلودگی به همراه داشته و گازهای گلخانه ای را وارد محیط میکند. اما در قیاس با تولید بنزین و دیزل، تا ۳۰درصد این آلودگی کمتر است. حتی تکنولوژی هایی در شهر کالیفرنیا معرفی شده اند که میتواند هیدروژن را با آلودگی کمتر تولید کند.
عملکرد پیل سوختی
در تصویر بالا نحوه کارکرد یک پیل سوختی ساده را مشاهده میکنید.
پیل سوختی وسیله‌ای است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. عملکرد پیل سوختی مانند باتری نیست که انرژی را ذخیره کند، بلکه پیل سوختی حالتی از انرژی به حالت دیگر تبدیل میکند، به طوری که در این تبدیل، مواد داخل پیل مصرف نمی‌شوند.
گاز هیدروژن به دلیل تمایل واكنش دهندگی بالا، فراوانی و عدم آلایندگی محیط زیست، به عنوان سوخت ایده‌آل در پیل‌سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر پيل سوختی از سه جزء اصلی تشکيل شده‌است: الکترود آند، الکترود کاتد و الکتروليت يا غشا. گاز هيدروژن که به عنوان سوخت به کار میرود، به الکترود آند وارد شده و در آنجا با از دست دادن الکترون، اکسايش می‌يابد. طی اين واکنش يون هيدروژن مثبت و الکترون توليد میشود.
يون‌های هيدروژن به همراه الکترون‌ها از کاتد به آند انتقال یافته و انتقال يون‌های هيدروژن از طريق الکتروليت و انتقال الکترون از طريق يک مدار خارجی صورت می‌گيرد. اکسيژن موجود در کاتد با الکترون‌ها و يون‌های هيدورژن واکنش داده و آب را توليد میکند.
نحوه سوخت گیری در پیل های سوختی
پیل های سوختی همانند پمپ های بنزین، در ایستگاه های هیدروژن تحت فشار پُر میشوند. زمانی کمتر از ۱۰دقیقه نیاز است تا یک پیل سوختی در خودروهای امروزی سوختگیری شود. قطعا میزان پیمایش خودروهای مجهز به پیل سوختی با یک مخزن پر از هیدروژن با همدیگر متفاوت است، اما در حالت کلی با یک مخزن پر از هیدروژن، توانایی پیمودن ۲۰۰تا۳۰۰ مایل (۳۲۰ تا ۴۸۰ کیلومتر) وجود خواهد داشت.
نگاهی به درون خودروهای پیل سوختی
در تصویر زیر نحوه قرارگیری و عملکرد هریک از دستگاه های مورد نیاز فرآیند تولید الکتریسیته از هیدروژن را مشاهده میفرمایید:
معرفی تویوتا میرای (Mirai) – برنده جایزه برترین “خودرو سبز” در سال ۲۰۱۶ میلادی
تویوتا میرای که از تکنولوژی پیل سوختی بهره میبرد، در سال ۲۰۱۶ برنده جایزه بهترین خودرو سبز را نصیب خود کرد. این خودرو از پیل سوختی مدل Solid Polymer بهره برده و ماکزیمم توان خروجی آن ۱۵۳ اسب بخار و یا ۱۱۴ کیلووات است. موتور الکتریکی این خودرو توان خروجی ۱۵۱ اسب بخار و گشتاور ۳۳۵ نیوتون متر را داراست. تویوتا میرای از دو مخزن فیبرکربنی Type-4 هیدروژن برای سوختگیری استفاده میکند.
اگر بخواهیم میزان مصرف الکتریسیته را بنزین تبدیل کنیم. خودرو تویوتا میرای به ازای استفاده هر لیتر بنزین قادر خواهد بود تقریبا ۲۹ کیلومتر را بپیماید (هر ۱۰۰ کیلومتر ۳.۴۵ لیتر بنزین).
سرعت تویوتا میرای حداکثر ۱۱۱ مایل بر ساعت (۱۷۸ کیلومتر بر ساعت) بوده و شتاب صفر تا ۶۰ را در ۹ثانیه پر میکند.
نگاهی اجمالی به نحوه عملکرد پیل سوختی در خودرو تویوتا میرای
همه چیز با هیدروژن آغاز خواهد شد. زمانی که سوختگیری انجام شود، هیدروژن به درون مخزن تقویت شده فیبرکربنی رفته و ذخیره میشود.
صفحات شبکه های جلو خودرو تویوتا میرای، هوای محیط بیرون را به درون خودرو کشانده و از آن در پیل سوختی استفاده میکند.
هیدروژن از تانک ذخیره به محفظه پیل سوختی میرود. در یک واکنش شیمیایی که اکسیژن هوای ورودی نیز در آن حضور دارد، الکتریسیته به منظور قدرت بخشیدن به خودرو، تولید میشود.
زمانی که پای خود را روی پدال گاز میگذارید، الکتریسیته تولیدی در پیل سوختی به موتور انتقال مییابد.
در نهایت تنها محصول جانبی این پیل سوختی، آب است. این آب از طریق اگزوز از خودرو خارج میشود.
درست است که تا سالیان بعد خودروهایی با تکنولوژی پیل سوختی در کشور ما، ایران، دیده نخواهند شد اما با توجه به وضعیت کشور ما در میزان آلاینده ها – مخصوصا در شهر تهران – ضروری است که به سمت خودروهای سبز حرکت کرده تا به مثابه خیلی مسائل دیگر، در آینده احساس پشیمانی به سراغمان نیاید.
- 21
- 1
