الهيدروجين.. السلبيات والإيجابيات
يعمل على استخدام تقنيات الهيدروجين الكثير من منتجي تقنيات الطيران والسيارات، إضافة لصانعي السفن. أعطى دفعة لسوق السيارات الكهربائية والهجينة والهيدروجينية منع استخدام سيارات الديزل في المدن الذي أقر عام 2018 على أراضي الاتحاد الأوروبي. سبق أن كتبنا أنه بعد سنوات معدودة ستتوقف الكثير من الماركات عن إنتاج السيارات ذات المحركات التقليدية داخلية الاحتراق. إلى ماذا سينتقلون؟ للسيارات الكهربائية؟ غالباً، لكن ليس فقط... تقنيات الهيدروجين أيضاً لها أفق واسعة. سنتحدث في استعراضنا عن ماهية المحركات الهيدروجينية، ما هي مزاياها وسلبياتها. لا تنسى أن تبدي رأيك في نهاية المقال.
كيف بدأ كل شيء
أول محرك يعمل بالهيدروجين يمكن اعتبار ذلك الذي صنعه المخترع الفرنسي فرانسوا إسحق دي ريفازا (1806 م). أول براءة اختراع سلمت بوقت لاحق عام 1841 في إنكلترا، ومن ثم صنع في ألمانيا عام 1852 محرك ذو احتراق داخلي يعمل على خليط من الهيدروجين والهواء. أما عام 1933 زودت شركة النفط والغاز النرويجية Norsk Hydro Power شاحنة صغيرة بمحرك هيدروجيني. كما استخدمت وحدات الوقود الهيدروجينية في الموديل التجريبي من General Motors الذي حمل الاسم Electrovan (عام 1966م).
أزمات نفط الـ70نات ألهمت BMW لصناعة سيارة ذات محرك هيدروجيني (1979 م). في عام 2007 أنتجت BMW إصدار محدود من سيارات Hydrogen 7، التي كان يمكنها العمل على البنزين أو الهيدروجين. زودت هذه السيارات بمحرك يعمل بنوعين من الوقود V12 6.0 باستطاعة 260 حصان. لكن لم تصبح شعبية: كانت باهظة الثمن، أما خزان الهيدروجين بوزن 8 كيلوغرام كان يعطي فقط 200-250 كم من المسافة المقطوعة.
السيارة الهيدروجينية ذات الإنتاج التسلسلي بحق كانت توروتا ميراي (عام 2014)، معروفة أيضاً أنه خلال العرض التقديمي قام أحد الصحفيين الجريئين بتذوق الماء المنسكب من أنبوب عادمها، ولم يحصل له شيء. في أكتوبر 2019 عرض الجيل الثاني من الموديل. السيارة عبارة عن سيدان بـ4 مقاعد بالمظهر التقليدي لتويوتا، طول الهيكل 4890 مم، استطاعة المحرك 152 حصان. اليوم لدى الكثير من منتجي السيارات موديلات عاملة بالهيدروجين: منها هوندا، هيونداي، أودي، بي إم دبليو، فورد وغيرهم.
كيف يعمل هذا؟
- الخيار الأول
هي سيارة كهربائية، التي يتم تعبئتها في محطات وقود خاصة بالهيدروجين المضغوط. يدخل الغاز لخلية وقود خاصة، والتي فيها غشاء يقسم الخلية لقسمين المصعد والمهبط. يدخل الهيدروجين للحجرة الأولى، للثانية يدخل الأوكسيجين. يتم تغطية الغشاء بمحفز (عادة بالبلاتين)، بالمحصلة يبدأ الهيدروجين بفقدان الإلكترونات الجزيئات السلبية. بنفس الوقت تعبر البروتونات الإيجابية الغشاء باتجاه المصعد. تتحد مع بعضها البعض لتولد التيار الكهربائي وبعضاً من بخار الماء. هذا المبدأ الذي تعمل به تويوتا ميراي.
"لا أنصح بشراء ميراي للناس الذين ليس لديهم محطة وقود هيدروجيني قريبة من بيتهم. لكن عدد محطات الوقود الهيدروجيني يزداد يوماً بعد يوم ويصبح الأمر أفضل. تعبئة السيارة بالهيدروجين تستغرق من ثلاث لخمس دقائق، وهذا لا يختلف شيئاً عن تعبئة البنزين".
- الخيار الثاني
تعمل عليه تويوتا، وتجهز لإطلاق الموديل كورولا سبورت. يشرف على المشروع أكيو تويودا بنفسه، وهو رئيس Toyota Motor Corporation، والذي لا يخشى التنقل بسيارة اختبارات. تم اتخاذ القرار بتجربة التقنية في سباقات التحمل Super Taikyu Series 2021، ستتحرك السيارة بسرعة فائقة بفضل المحرك الهيدروجيني بـ3 أسطوانات بضاغط توربو.
من الناحية التقنية هو محرك عادي بأسطوانات، والذي تغير فيه نظام توريد الوقود ونظام الحقن ليتلاءم مع الهيدروجين المضغوط. مبدأ العمل ذاته كما في محرك البنزين أو الديزل. لكن انبعاثات ثنائي أوكسيد الكربون قريبة من الصفر، وهي نفسها بسبب حرق كمية قليلة من الزيت. من بين المزايا الأخرى: يشتعل الهيدروجين أسرع من البنزين، وبالتالي استجابة المحرك أسرع (عند الضغط على دواسة التسارع) والعزم منذ الدورات المنخفضة للمحرك. ثانياً بحسب أقوال المنتج للمحرك العامل بالهيدروجين نفس صفات محرك الاحتراق الداخلي العادي مثل الصوت والاهتزاز، والذان بحسب أقوال أكيو تويودا يحبها "الشباب عشاق السيارات". مدير أكبر شركة سيارات يابانية وائق: السيارات يجب أن تستمر في منح المتعة.
ستستخدم السيارة وقود "أخضر" الذي ينتجه مصنع Fukushima Hydrogen Energy Research Field. وهو مصنع كبير يقع بالقرب من المحطة النووية المشهورة بالأحداث الدرامية "فوكوسيما 1"، ويستخدم هذا المصنع الطاقة من محطة كهربائية شمسية باستطاعة 20 ميغاواط.
ما العوائق
سلبيات تقنيات الهيدروجين جدية. أهمها خطر الانفجار، بما أن الغاز يتطاير بشدة وينفجر من أي شرارة. في صيف 2019 تسبب تسرب للهيدروجين لانفجار ضخم في محطة وقود هيدروجيني في النرويج، بعد هذا تم منع محطات الهيدروجين في البلاد. عدا هذا هو ليس بالرخيص (في الولايات المتحدة سعره أعلى بـ2.5 ضعف من البنزين)، أما الخلايا الهيدروجينية تحتوي على البلاتين، أحد أغلى المعادن في العالم. كما تكلف الكثير من الأموال معايير الأمان التي يجب اتباعها عند التعامل مع الهيدروجين. عند إنتاج الوقود الهيدروجيني يتم استخدام الوقود الإحفوري بجميع الأحوال (النوع "الأصفر" من الهيدروجين).
سيرينا المستقبل هل ستتطور التقنيات الهيدروجينية أم ستنقرض. غالباً في يوم ما سنتوصل لمصدر صغير من الطاقة يتسع على كف اليد. وحدة الطاقة التي تستخدم الانشطار النووي وكأنها بطارية ترميناتور الإسطوري.
