السيارات والطاقة الحديثة

السيارات والطاقة الحديثة

ازدياد استخدام الهيدروجين كوقود للسيارات ولإنتاج الطاقة الكهربائية
مئات السيارات العاملة بالهيدروجين تسير في شوارع العالم مع ازدياد مجالات الاستخدام المبكرة


مدير شركة جنرال موتورز، ريك واغونير، يقدم سيارة شيفروليه فولت، 2007، العاملة بالطاقة الكهربائية. تسير المئات من السيارات العاملة بالهيدروجين على الطرق العامة في مختلف أنحاء العالم يوميا، وقد أنتجت ثلاث شركات على الأقل، بي إم دبليو وهوندا وجنرال موتورز، أولى سياراتها العاملة بالهيدروجين. وبدأ منتجو السيارات العاملة بالهيدروجين يقدمونها لزبائنهم لتجربتها فترة مطولة. (© AP Images)


مدير شركة جنرال موتورز، ريك واغونير، يقدم سيارة شيفروليه فولت، 2007، العاملة بالطاقة الكهربائية. (© AP Images)
من المحررة العلمية شيريل بليرين
واشنطن، 5 آذار/مارس، 2008- بدأ الهيدروجين الذي يعتبر أكثر العناصر الكيميائية وفرة في العالم ينتقل، كمصدر للوقود وكناقل للطاقة الكهربائية، من عالم القصص الخيالية العلمية والأبحاث الأولية إلى المستودعات والمطارات وأبراج الهاتف الخليوي والطرق العامة.
والهيدروجين هو مصدر الطاقة المتجددة المتعدد الاستعمالات أكثر من أي مصدر آخر في العالم، فهو وقود عام يمكن حرقة في محرك أو دمجه في خلية (غلفانية) تعمل بالوقود لتوفير الطاقة للسيارات والمباني والمنازل ومحطات الكهرباء العامة أو أي مرفق أو شيء آخر يستخدم الطاقة الكهربائية.
والهيدروجين أكفأ بثلاثين بالمئة من البنزين لدى حرقه في المحركات. ولدى استخدام خلية غلفانية لمد سيارة بالطاقة، فإن الخلية تكون أكفأ بنسبة مئة بالمئة أو مئتين بالمئة من البنزين. ولا ينبعث غاز ثاني أكسيد الكربون من المحركات العاملة بالهيدروجين، ولا ينتج عن استخدام الخلايا الغلفانية سوى ماء نقي.
ويشكل الهيدروجين في الخلايا الغلفانية ناقلاً للطاقة لا وقودا. وناقل الطاقة هو مادة أو نظام ينقل الطاقة بشكل صالح للاستخدام من مكان إلى مكان آخر. وتقوم الكهرباء، وهي أكثر المواد الناقلة للطاقة شيوعا، بنقل الطاقة المخزونة في الفحم واليورانيوم وغيرهما من المصادر إلى محطات الطاقة الكهربائية التي توزع الطاقة التي تم تحويلها إلى تيار كهربائي على المنازل ومؤسسات الأعمال.
وقال باتريك سيرفاس، رئيس جمعية الهيدروجين القومية، لموقع أميركا دوت غوف إن "الهيدروجين ممكّن ممتاز لتكنولوجيات الطاقة المتجددة. ذلك أنه يمكن استخدامه مع التكنولوجيا الأحفورية والنووية وتكنولوجيا الإيثانول والكتلة الحيوية، أي جميع أنواع الوقود البديل. وهو يعمل بصورة جيدة مع تكنولوجيا السيارات الهجين والبطاريات والتي تحصل على التيار من القابس."
ويمكن استخدام الخلايا الغلفانية لسد النقص الناجم عن طبيعة الطاقة الشمسية وطاقة الريح المتقطعة، على سبيل المثال، ولزيادة مدى البطاريات المحدود في السيارات الكهربائية.
* التحديات والتقدم
يتواجد الهيدروجين بوفرة على كوكب الأرض ولكنه لا يتواجد إلا كمركّب مع عناصر أخرى، فذرتان من الهيدروجين مع ذرة من الأوكسجين تشكل الماء (H2O)، وعندما يتحد الهيدروجين مع الكربون يشكل مركبات (أي هيدروكربونات) مثل الميثان والفحم والبترول. ويعكف العلماء والبحاثة في مختلف أنحاء العالم حالياً على معالجة هذه المشكلة وحواجز تكنولوجية أخرى.
وأوضح جورج سفيردرب، وهو بحاثة في وزارة الطاقة الأميركية، لموقع أميركا دوت غوف، أن "التحديات الرئيسية الثلاثة في مجال إنتاج الهيدروجين هي: كيف يمكن إنتاج الهيدروجين بكلفة تعادل 2 أو 3 دولارات هي كلفة غالون البترول؛ وبالنسبة للخزن، كيف نخزن ما يكفي من الهيدروجين على متن السيارة كي نمكنها من قطع مسافة 300 ميل (483 كلم) بصورة اقتصادية؛ وبالنسبة للخلايا الغلفانية، كيف نوصلها إلى الحد الذي تصبح معه قادرة على منافسة المحركات العاملة بالبنزين من حيث الكلفة ومن حيث فترة الاستدامة." ويشغل سفيردرب منصب مدير التكنولوجيا في برنامج تكنولوجيا الهيدروجين والخلايا الغلفانية والبنية التحتية في المختبر القومي للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأميركية.
ويمكن إنتاج الهيدروجين بالطرق الكيماوية من الوقود الأحفوري الهيدروكربوني أو من مجموعة من المصادر المتجددة. ولكن الطاقة الكهربائية المنتجة من هيدروجين الوقود الأحفوري ليست قابلة للتجدد وهي تولد انبعاث غازات مسببة لظاهرة الاحتباس الحراري.
ويتركز العمل في المختبر القومي للطاقة المتجددة على إنتاج الهيدروجين من مصادر طاقة متجددة لإنتاج وتوزيع وخزن الهيدروجين، وعلى الخلايا الغلفانية وأنظمة اختبار وإثبات كفاءة التكنولوجيا في بيئة تجارية، وعلى السلامة والقوانين والمعايير والتحليل.
فعلى سبيل المثال، يعكف العلماء في المختبر على العمل، في عملية التحليل بالكهرباء (حيث يتم تمرير تيار كهربائي في الماء للفصل بين ذرات الهيدروجين والأوكسجين)، على إنتاج الهيدروجين من الماء عن طريق استخدام أشعة الشمس أو الكتلة الحيوية أو الريح أو المصادر البيولوجية مثل البكتيريا والطحالب.
وتشكل مسألة خزن الهيدروجين إحدى العقبات الرئيسية في طريق تسويقه تجاريا، والمختبر القومي للطاقة المتجددة هو واحد من ثلاثة مراكز قومية ممتازة في الولايات المتحدة تعمل حالياً على التوصل إلى حل لهذه المشكلة مستخدمة أساليب مختلفة.
وقال سفيردرب: "إن الهيدروجين يبشر بنجاح هائل لمستقبل من الطاقة المستدامة كعنصر أساسي في مزيج من أنواع الوقود المختلفة. وفي حين أنه ما زالت هناك عقبات يجب التغلب عليها، إلا أن لدينا في الولايات المتحدة علماء ومهندسين ممتازين ونعكف حالياً على معالجة أمر المشكلة."
* على الطريق
تسير المئات من السيارات العاملة بالهيدروجين على الطرق العامة في مختلف أنحاء العالم يوميا، وقد أنتجت ثلاث شركات على الأقل، بي إم دبليو وهوندا وجنرال موتورز، أولى سياراتها العاملة بالهيدروجين. وبدأ منتجو السيارات العاملة بالهيدروجين يقدمونها لزبائنهم لتجربتها فترة مطولة. وتسير هذه السيارات إما بمحركات تعمل بالهيدروجين أو بخلايا غلفانية.
وجاء في تقارير وزارة الطاقة أن كلفة إنتاج نظام سيارة تعمل بالخلايا الغلفانية انخفض من 275 دولاراً لكل كيلواط/ساعة في العام 2002 إلى 95 دولاراً لكل كيلواط/ساعة في العام 2008 ومن المتوقع أن يتقلص إلى 60 دولاراً لكل كيلواط/ساعة في العام 2009. أما الهدف فهو تقليص الكلفة إلى 30 دولاراً بحلول العام 2015. وقال سيرفاس إن كلفة المحرك العامل بالبنزين تقدر بحوالى 50 دولاراً لكل كيلواط/ساعة.
وتعتبر سيارة الهيدروجين 7 التي أنتجتها شركة بي إم دبليو أول سيارة تعمل بالهيدروجين ومن نوعية تصلح للإنتاج، أما هوندا فقد بدأت تؤجر سيارتها السيدان FCX Clarity العاملة بخلية غلفانية هيدروجينية إلى عدد محدود من سائقي السيارات في جنوب كاليفورنيا هذا الصيف، ومدة العقد 3 سنوات بكلفة 600 دولار شهرياً في منطقة تتوفر فيها محطات التزود بوقود الهيدروجين ومرافق لصيانة وإصلاح السيارات تشارك في المشروع.
وقد تم تشكيل شراكة بين الحكومة وصناعة السيارات في الولايات المتحدة هي شراكة التجربة القومية لتعليم محاسن الهيدروجين التابعة لوزارة الطاقة، والتي تسير ضمنها حوالى سبعين سيارة عاملة بالهيدروجين على الطرقات، لاختبار وتجربة وإثبات كفاءة السيارات العاملة بخلايا غلفانية هيدروجينية ومحطات تزويدها بالوقود.
وقال سيرفاس إن هناك الكثير من الدول التي توجد لديها برامج مهمة لإنتاج السيارات العاملة بالهيدروجين، بينها الولايات المتحدة وكندا ودول في آسيا وأوروبا.
وأضاف أن وزارة الطاقة الأميركية ومنتجي السيارات وجمعية الهيدروجين القومية يقولون إن بإمكان المستهلكين توقع مشاهدة السيارات الهيدروجينية في صالات بيع السيارات بحلول العام 2020. وأردف: "ولكن حفنة من شركات إنتاج السيارات على الأقل أعلنت أنه سيصبح لديها سيارة تعمل بالهيدروجين وجاهزة للإنتاج بحلول العام 2012."
وبين الاستخدامات المبكرة والمتزايدة للخلايا الغلفانية التي بدأت توفر بالفعل في الكلفة في بعض الأسواق استخدامها كمصدر احتياطي لسد الاحتياجات الطارئة في أبراج الهاتف الخليوي ومرافق الطوارئ، واستخدامها في الرافعات المشعّبة وسيارات الشحن التي تتعامل مع المواد، وفي سيارات المطارات من جميع الأنواع، وفي أنظمة حقن الهيدروجين في سيارات الشحن مما يمكنه توفير 10 بالمئة من كلفة الوقود.
ويمكن الحصول على مزيد من المعلومات عن الوقود الهيدروجيني من خلال الرجوع إلى موقع مؤسسة التعليم عن الهيدروجين التابعة لجمعية الهيدروجين القومية على الشبكة العنكبوتية.
كما يمكن الحصول على مزيد من المعلومات عن برنامج تكنولوجيا الهيدروجين والخلايا الغلفانية والبنية التحتية التابع لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة من خلال الرجوع إلى موقع وزارة الطاقة الأميركية على الشبكة العنكبوتية.
نهاية النص