گروه فضای مجازی : تصور کنید که بجای انتشار ترکیب سمی دی‌اکسیدکربن، مونوکسیدکربن، هیدروکربن، بنزن و ذرات ریز در هوا، از اگزوز خودرو تنها آب بیرون بیاید. اکنون خودروی جدید «میرای» تویوتا که تا چندی دیگر وارد جاده‌ها خواهد شد، این تخیل را به واقعیت تبدیل کرده است.

سال گذشته، با معرفی خودروهای جدید هیدروژنی از سه خودروساز، تویوتا، هوندا و هیوندای همراه بود. شاید مهم‌ترین آنها تویوتا میرای ۲۰۱۶ باشد که قرار است در پاییز سال جاری به خیابان‌های امریکا قدم بگذارد. خودروهای سلول سوختی یا FCV ها برای سال‌ها یکی از موضوعات چالش‌برانگیز برای بین خودروهای پاک بوده‌اند. خروجی این خودروها فقط «آب» است و می‌توانند تنها در عرض سه دقیقه مخزن خود را پُر کنند. این در حالی است که شارژ دوباره یک خودروی الکتریکی معمولی می‌تواند چندین ساعت طول بکشد. همچنین دامنه مسافت آنها با خودروهای بنزینی قابل‌مقایسه است و آنها می‌توانند مسافتی حدود ۴۸۰ کیلومتر را طی کنند. ولی در همین حال، خودروسازان به دلایل مختلف، مخصوصاً زیرساخت‌ها، کمتر به سراغ آنها رفته‌اند. در حال حاضر، در کشوری مانند امریکا تنها ۱۲ ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژنی وجود دارد که بیشتر آنها در کالیفرنیای جنوبی قرار گرفته‌اند. البته این روند نیز در حال تغییر است. سال گذشته، این ایالت هزینه‌ای برابر ۲۰۰ میلیون دلار را برای ساخت ۱۰۰ ایستگاه جدید سوخت‌گیری هیدروژنی تا سال ۲۰۲۰ میلادی تصویب کرد. شاید همین موضوع باعث شود که جاهای دیگر نیز به فکر چنین برنامه‌هایی بیفتند.

«میرای» که به ژاپنی به معنی «آینده» است، بجای سوخت بنزین و دیزل، از هیدروژن استفاده می‌کند. این گاز مانند بنزین به درون باک تزریق شده و سپس توسط یک سلول سوختی که واکنش شیمیایی بین هیدروژن و اکسیژن موجود در هوا را ایجاد می‌کند، به برق تبدیل شده و خودرو را به جلو حرکت می‌دهد.

تنها محصول جانبی این فرآیند، آب است.

احتمالا صاحبان پمپ‌بنزین‌ها به این خودرو به عنوان یک حیله نگریسته و آن را مانند بسیاری از خودروهای الکتریکی دیگر بدانند که تنها چند کیلومتر حرکت کرده و سرعت آن از 65 کیلومتر در ساعت افزایش نخواهد یافت. اما «میرای» در حقیقت خودرو مناسبی بوده و از سرعت 178 کیلومتر در ساعت برخوردار است. این خودرو در 9.6 ثانیه، صفر تا 100 کیلومتر را طی کرده و دارای برد 482 کیلومتر است.

مخزن فیبر کربن این خودرو در حدود 10 دقیقه پر خواهد شد.

خطر استفاده از هیدروژن در این خودرو بسیار کم است، زیرا سلول‌های سوختی در مخازن ضدگلوله قرار می‌گیرند. در حقیقت، خطر انفجار خودرویی با سوخت بنزینی، از این خودرو بیشتر خواهد بود.

بنظر می‌رسد که خودروهایی مانند «میرای» می‌توانند در جهان تغییراتی بدهند. سال آینده، شرکت هوندا نیز وارد این بازار شده و شرکتهای فورد و نیسان نیز در حال بررسی این فناوری هستند.

اگر همه خودروهای موتوری از سوخت هیدروژن استفاده کنند، می‌توان همه آلودگی‌های ناشی از ترافیک را از شهرها و خیابان‌ها زدود. همچنین کل محیط زیست و اقتصاد جهان نیز متحول خواهد شد.

اگرچه موانعی در این مسیر وجود دارد که اولین آن‌ها، هزینه است. در حال حاضر خودروهای هیدروژنی بسیار گران بوده و خودروی چهار در «میرای» قرار است با قیمت نزدیک به 63 هزار پوند وارد بازار شود. مشکل بعدی آن، کمبود ایستگاه‌های هیدروژن برای تامین سوخت این خودرو بوده و در حال حاضر تنها 12 ایستگاه در انگلستان موجود است.

پیش‌بینی می‌شود که تعداد این ایستگاهها تا سال 2020 به 65 عدد رسیده و هزینه هر بار پر کردن باک، 65 پوند باشد.

اگرچه مشکلات این‌چنینی با دخالت دولت برای ارائه بودجه و وام قابل حل است. در ژاپن که بشدت در مورد سیاست انرژی خود نگران است، چنین کاری انجام شده است. دولت این کشور به عنوان بخشی از برنامه 254 دلاری آن برای ورود 6000 خودرو هیدروژنی به جاده تا سال 2020، یارانه‌ای برای خرید خودروهای هیدروژنی با قیمت 17 هزار پوند ارائه کرده است.

از دیگر مشکلات این خودروها این است که با وجود فراوانی هیدروژن، ایزوله کردن آن بسیار مشکل است. رایجترین روش، اصلاح متان بخار نام داشته که شامل ترکیب بخار با گاز طبیعی، حرارت دادن آن تا 1500 درجه فارنهایت و سپس افزودن کاتالیستی مانند نیکل برای تولید هیدروژن و مونوکسیدکربن است. نزدیک به 95 درصد هیدروژن جهان به این روش استخراج می‌شود.

البته این روش به دلیل محصولات جانبی آن، آنچنان سازگار با محیط زیست نیست. دانشمندان اکنون در حال بررسی برای روشهای زیست‌سازگارتر ایزوله کردن هیدروژن مانند استخراج آن از پوسته ذرت یا الکترولیز آب با توربین‌های بادی برای جداسازی هیدروژن از اکسیژن هستند.

جزئیات تویوتا میرای ۲۰۱۶

۱) مخزن هیدروژن

دو مخزن فیبرکربنی ۵ کیلوگرم سوخت هیدروژن در فشاری بسیار بالا (10,000 psi) در خود جای می‌دهند. در شرایط اضطراری مانند زمان وقوع یک تصادف، حسگرها، شیرهای مسدودکننده را به کار می‌اندازند تا جلوی خروج هیدروژن از مخزن گرفته شود.

دریچه مکش، «اکسیژن» که یک ماده حیاتی است، به محفظه سلول سوختی انتقال می‌دهد.

این قسمت به‌عنوان مغز متفکر و مدیریت مصرف انرژی خودرو عمل می‌کند و الکتریسیته را از سلول سوختی گرفته و به موتور انتقال می‌دهد. در زمان شتاب‌گیری، «واحد کنترل قدرت» انرژی ذخیره‌شده در باتری را برای رسیدن به شتاب بیشتر، آزاد می‌کند.

برخلاف باتری‌های معمول در خودروهای الکتریکی، باتری نیکل هیدرید در «میرای» تنها انرژی اضافی موردنیاز در طول احتراق و شتاب‌گیری را در خود ذخیره می‌کند.

وقتی الکتریسیته وارد موتور می‌شود، باعث قطبی شدن استاتور آن می‌شود. استاتور قطعه‌ای حلقه‌مانند در اطراف روتور است. این قطبی‌شدن، باعث ایجاد یک میدان چرخشی مغناطیسی می‌شود. آهنرباهایی که بر روی روتور سوار شده‌اند، با میدان مغناطیسی هم‌جهت شده و با همین نرخ شروع به گردش می‌کنند و حرکت رو به جلوی خودرو را تأمین می‌کنند. هر چه الکتریسیته بیشتری به موتور فرستاده شود، چرخش میدانی سریع‌تر شده و خودرو با سرعت بیشتری حرکت خواهد کرد. هنگامی‌که توقف کرده و یا سرعت خود را کم می‌کنید، موتور الکتریسیته اضافی برای باتری تولید خواهد کرد.

در ساده‌ترین حالت، یک سلول سوختی متشکل از یک آند، یک کاتد و یک غشای الکترولیت پلیمر (PEM) است. هرکدام از سلول‌ها به‌تنهایی مقدار اندکی ولتاژ تولید می‌کند و به همین دلیل، مهندسان زنجیره‌ای از آنها را به‌صورت یک سری جمع‌آوری می‌کنند. بسته مورد استفاده در میرای دارای ۳۷۰ سلول سوختی است که هرکدام از آنها انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در خود را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.

[دانلود ویدئو]