چرا خودروهای برقی بدتر از خودروهای هیدروژنی هستند؟

پس از پیشرفت‌های فراوان در طول چندین دهه گذشته، سرانجام عصر خودروهای برقی فرا رسیده است. خودروهای برقی باتری‌دار و پیل‌های سوختی هیدروژنی (خودروهای هیدروژنی) درحال مبارزه برای تصاحب آینده صنعت خودرو هستند؛ درست همان‌طور که خودروهای بنزینی و دیزلی در دوران اولیه اختراع اتومبیل با یکدیگر رقابت می‌کردند. خودروهای مجهز به باتری تا حد زیادی به‌لطف تسلا، تسلا رودستر و تسلا مدل S کنترل بازار را در اختیار گرفته‌اند. اما خودروهای برقی هنوز در ابتدای راه قرار دارند. هنوز نام خودروی برقی به یک پیش‌فرض شناخته‌شده برای همگان تبدیل نشده است. درحال‌حاضر خودروسازان روی باتری‌ها ازجمله باتری‌های حالت جامد و خودروهای هیدروژنی تحقیق می‌کنند. هیدروژن مزایای زیادی دارد که خودروسازان به‌تازگی به آن پی برد‌ه‌اند.

خودروهای هیدروژنی هرگز نیاز به شارژ ندارند

بارزترین مزیت هیدروژن این است که هرگز مجبور نیستید منتظر شارژ‌شدن خودرو بمانید. شما می‌توانید به‌سرعت مخزن هیدروژنی خودرو را مثل باک بنزین پر کنید. قابلیت سوخت‌گیری سریع در رانندگی طولانی‌مدت مزیت مهمی برای خودروهای هیدروژنی نسبت به خودروهای برقی است. این مالکیت و نگهداری از آن‌ها را آسان‌تر می‌کند، چون لازم نیست روزانه زمان خاصی را برای شارژ خودروی هیدروژنی در نظر گرفت.

در مقایسه، یک خودروی برقی درحال‌حاضر برای شارژ در یک ایستگاه شارژ سریع حداقل به ۲۰ دقیقه زمان نیاز دارد. اگر خودرو را به پریز برق خانگی معمولی وصل کنید، ممکن است برای شارژ مجدد به چند ساعت زمان نیاز داشته باشد. درحالی‌که این ممکن است برای رانندگی شهری کوتاه‌مدت مشکل‌ساز نباشد، اما برای کسانی که مسافت زیادی را طی می‌کنند، دردسرساز می‌شود.  

خودروهای هیدروژنی محدوده پیمایش بیشتری ارائه می‌دهند

خودروهای هیدروژنی محدوده پیمایش بیشتری نسبت به خودروهای برقی دارند. البته تفاوت زیادی بین مدل‌های مختلف از نظر کارایی و ظرفیت سوخت وجود دارد؛ اما به‌طور کلی، خودروهای هیدروژنی با مخزن پر حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ مایل را طی می‌کنند. در بین خودروهای برقی، محدوده پیمایش مدل‌های محبوب مانند نیسان لیف و شورولت بولت با هر بار شارژ به‌ترتیب ۲۲۶ و ۲۴۷ مایل است. تنها ۱۴ خودروی برقی می‌توانند با هر بار شارژ مسافت بیش از ۳۰۰ مایل را طی کنند. برای افرادی که در کلان‌شهرها رفت‌و‌آمد می‌کنند، این اختلاف محدوده پیمایش می‌تواند نقش مهمی در خرید خودرو داشته باشد.

اتومبیل‌های هیدروژنی کارآمدتر، سبک‌تر و سریع‌تر هستند

سنگین‌ترین بخش یک خودروی برقی باتری آن است. از سوی دیگر، یک سیستم پیل سوختی هیدروژنی (شامل مخزن هیدروژن) وزن بسیار کمتری نسبت به باتری دارد. این بدان معناست که موتور برقی یک خودروی هیدروژنی قدرت کمتری را صرف تحرک خودرو می‌کند. اگر یک موتور مشابه را در یک خودروی برقی باتری‌دار و یک خودروی هیدروژنی قرار دهید، خودروی هیدروژنی به‌دلیل وزن کمترش، شتاب و سرعت بیشتری خواهد داشت.

کاهش وزن خودرو با حذف باتری خودروسازان را قادر می‌سازد تا هر کاری که می‌خواهند با قدرت اضافی که در اختیارشان قرار می‌گیرد، انجام دهند. با حذف یک باتری بزرگ، تولید یک خودروی سبک و سریع آسان‌تر است. از آنجا که سلول‌های سوخت هیدروژنی قدرت یک موتور برقی را تأمین می‌کنند، خودروی هیدروژنی همان گشتاور فوری خودروی برقی باتری‌دار را خواهد داشت. اما از آنجا که موتور نیازی به جابه‌جایی یک باتری سنگین ندارد، تمام این گشتاور می‌تواند برای افزایش شتاب خودرو مورد‌ استفاده قرار بگیرد.

این نسبت قدرت به وزن بهبودیافته در خودروهای سدان نیز یک مزیت محسوب می‌شود. در خودروهای لوکس، موتور می‌تواند تمام چوب و چرم و تجهیزات را بدون نیاز به استفاده از قدرت بیشتر برای جابه‌جایی باتری حرکت دهد. به‌طور مشابه، در مدل‌های شاسی‌بلند و پیکاپ‌ها، موتور علاوه بر تحمل وزن سرنشینان و بار اضافی نیازی، به جابه‌جایی باتری ندارد. این کار موتور را قادر به حمل افراد بیشتر، بار سنگین‌تر یا هر چیز دیگری می‌کند.

هیدروژن می‌تواند در موتورهای درون‌سوز جایگزین بنزین شود

فورد یک موتور درون‌سوز اختراع کرده است که به‌جای بنزین هیدروژن می‌سوزاند. تویوتا نیز یک موتور هیدروژنی برای کانسپت کرولا اسپرت H2 توسعه داده که پیش از این در مسابقات تست شده است. این اختراعات هنوز در مراحل پژوهشی قرار دارند. یک موتور هیدروژنی از تمام پیشرفت‌های طراحی موتور در طول تاریخ خودروسازی بهره خواهد برد، درحالی‌که سوخت پاک می‌سوزاند. این همچنین برای کسانی که هنگام رانندگی علاقه زیادی به شنیدن صدای موتور دارند خوشایند خواهد بود. مانند خودروهای هیدروژنی پیل سوختی، تنها بخار آب از لوله اگزوز خارج می‌شود. این کار طراحی سیستم اگزوز را ساده می‌کند و دیگر نیازی به مبدل‌های کاتالیستی و سایر سیستم‌های کاهش آلودگی نخواهد بود.

درحالی‌که یک موتور درون‌سوز هیدروژنی معایب زیادی برای استفاده در خودروهای سواری دارد (مانند نیاز به مخازن بسیار بزرگ که فضای داخلی را در بر می‌گیرد)، شرکت کامینز درحال پژوهش درباره استفاده از موتورهای هیدروژنی در خودروهای شاسی‌بلند، تجهیزات ساخت‌وساز و سایر مقاصد تجاری است. این شرکت می‌گوید که صنعت حمل‌ونقل تنها به چند ایستگاه هیدروژنی در طول مسیرهای حمل‌ونقل نیاز دارد که همین باعث می‌شود پذیرش جهانی هیدروژن سریع‌تر صورت بگیرد. جالب اینجاست که ابرخودروهای درون‌سوز هیدروژنی می‌توانند کاربردی‌تر از یک مینی‌ون هیدروژنی باشند. افرادی که با ابرخودروها رانندگی می‌کنند، اغلب به فضای محدود سرنشینان اهمیت نمی‌دهند (بنابراین مخزن سوخت بزرگ مشکلی ایجاد نمی‌کند)، قطعاً نگران صرفه‌جویی در مصرف سوخت نیستند و اغلب به محدوده پیمایش اهمیت نمی‌دهند.

با اتومبیل‌های هیدروژنی نیازی به ایستگاه شارژ نخواهید داشت

به بیان ساده، شما نیازی به ایستگاه‌های شارژ برای خودروهای هیدروژنی ندارید. همچنین نیازی به مقاوم‌سازی فضاهای پارکینگ برای خودروهای هیدروژنی نیست؛ زیرا آن‌ها هرگز نیازی به شارژ ندارند. درحالی‌که خودروهای برقی با اضافه‌کردن ایستگاه‌های شارژ به پارکینگ‌ها، شهرها را ملزم به سازگاری می‌کنند، خودروهای هیدروژنی نیازی به چنین مواردی ندارند. یک خودروی هیدروژنی برای رانندگی در هر جایی که جاده وجود داشته باشد، مناسب است. البته شایان ذکر است که خودروهای هیدروژنی (چه با پیل‌های سوختی برقی و چه با موتورهای درون‌سوز) هنوز در مراحل اولیه توسعه خود به‌سر می‌برند. اتومبیل‌های بنزینی اولیه نیز از محدودیت‌های مشابهی در محدوده پیمایش رنج می‌بردند که آن‌ها را تقریباً برای هر کسی غیر از مالکان خودروها غیرکاربردی می‌کرد.

خودروهای هیدروژنی چطور کار می‌کنند؟

خودروهای هیدروژنی مانند موتورهای درون‌سوز سوخت مصرف نمی‌کنند؛ درعوض سیستم برقی خودرو هیدروژن را از مخزن به‌سمت یک سلول سوختی شارژشده پمپاژ می‌کند که الکترون‌های اتم‌های هیدروژن را از پروتون‌ها جدا می‌کند. این خودرو اساساً از هیدروژن برق تولید می‌کند. این کار قدرت موتور برقی را تأمین کرده و خودرو را به حرکت درمی‌آورد. درنتیجه خودروهای هیدروژنی پاک و آرام کار می‌کنند. فقط بخار از لوله اگزوز خارج می‌شود و صدای موتور به گوش نمی‌رسد.

نحوه کار یک سلول سوختی به طرز شگفت‌انگیزی ساده است. یک سلول سوختی شامل یک غشای الکترولیتی پر از پروتون‌های شناور آزاد است که بین دو الکترود با بار مخالف قرار گرفته است. الکترود با بار مثبت کاتد و الکترود با بار منفی آند نامیده می‌شود. سیستم سوخت خودرو هیدروژن را به‌سمت آند پمپ می‌کند. یک کاتالیزور اتم‌های هیدروژن ورودی را به الکترون‌ها و پروتون‌ها تقسیم می‌کند. الکترون‌ها و نوترون‌ها می‌خواهند از غشای الکترولیتی عبور کنند و به‌سمت کاتد مقابل بروند، اما غشا فقط اجازه عبور پروتون‌ها را می‌دهد.

بارهای منفی یا الکترون‌ها برای رسیدن به کاتد باید مسیر طولانی‌تری را از میان سیم‌های خروجی از سلول سوختی طی کنند که اتفاقاً از موتور خودرو عبور می‌کند. الکترون‌ها پس از روشن‌کردن موتور سرانجام در کاتد که هوا در اطرافش جریان دارد، با پروتون‌ها ترکیب می‌شوند. اکسیژن موجود در هوا با الکترون‌ها و پروتون‌های اتم‌های هیدروژن واکنش می‌دهد و آبی را تشکیل می‌دهد که از لوله اگزوز خارج می‌شود.

خودروهای هیدروژنی بهتر از خودروهای برقی باتری‌دار هستند

اکنون در دوران جذابی برای عاشقان خودروهای برقی به‌سر می‌بریم. موتورهای برقی به‌سرعت جای موتورهای درون‌سوز را می‌گیرند؛ اگرچه امروزه تنها تعداد کمی خودروی برقی در میان خودروهای بنزینی و دیزلی در جاده دیده می‌شود. درحال‌حاضر خودروهای برقی مجهز به باتری اکثریت بازار را در اختیار دارند، درحالی‌که خودروهای هیدروژنی محدود به چند شهر منتخب با ایستگاه‌های سوخت هیدروژنی می‌شوند؛ اما خودروهای هیدروژنی از جهات مختلف بهتر از خودروهای برقی باتری‌دار هستند.