ما الفرق بين سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية والمركبات الكهربائية؟

أغسطس 9, 2022

المركبات الكهربائية وسيارات خلايا الوقود الهيدروجينية

يمكن القول، إن سيارات خلايا الوقود العاملة بالهيدروجين عبارة عن نوع من المركبات الكهربائية، التي تعتمد على خلايا الوقود لتشغيل المحرك بدلًا من بطاريات الليثيوم أيون.

لذلك، هناك العديد من أوجه من التشابه بين المركبات الكهربائية وسيارات خلايا الوقود الهيدروجينية؛ إذ يعتمد كلاهما على الكهرباء، ولهما محركات كهربائية وبطاريات، ما يعني أنهما لا يُطلقان انبعاثات ضارة، كون بخار الماء هو المنتج الثانوي الوحيد.

كما تتشابه خلايا الوقود الهيدروجينية في التصميم مع بطارية ليثيوم أيون؛ إذ تحتوي على أنود وكاثود ومحفز يؤدي إلى فصل الإلكترونات والبروتونات عن غاز الهيدروجين، الذي يُضخّ لتشغيل محرك السيارة.

وأمام ذلك، تعود الاختلافات بين المركبات الكهربائية وسيارات خلايا الوقود العاملة بالهيدروجين إلى البنية التحتية والوقود المستخدم ومدى التوافر في السوق.

وتتمتع السيارات الكهربائية العاملة بالبطاريات، ببُنية تحتية أكثر قوة لإعادة الشحن عن نظيرتها العاملة بخلايا وقود الهيدروجين.

ورغم أن محطات شحن السيارات الكهربائية غير منتشرة مثل محطات الوقود التقليدية، فإنها تتفوق كثيرًا على محطات التزود بوقود الهيدروجين، ما يعني صعوبة السير لمسافات طويلة، بحسب التقرير الذي اطّلعت عليه وحدة أبحاث الطاقة.

كما إن شحن السيارات الكهربائية العاملة بالبطارية أقلّ تكلفة مقارنة بمركبات خلايا الوقود الهيدروجينية، لكن الأخيرة في المقابل تتفوق على الأولى في إمكان تخزين الكهرباء الفائضة في بطاريتها، مما يسمح بإعادة الشحن خلال القيادة، بحسب التقرير.

ومن حيث التوافر، فإن سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية ليست متاحة على نطاق واسع، عكس المركبات الكهربائية، التي تنمو بوتيرة قياسية، إلّا أن سعي العالم نحو تعزيز دور الهيدروجين في قطاع النقل يفتح آفاقًا كبيرة أمام نمو هذا النوع من السيارات.

كيف تعمل سيارات خلايا الوقود العاملة بالهيدروجين؟

تحتوي سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية على خلايا وقود متعددة تعمل في وقت واحد لتوليد الكهرباء، كما هي الحال في خلايا الليثيوم أيون داخل بطارية المركبات الكهربائية.

ويتّحد الهيدروجين من خزان الوقود مع الأكسجين لتوليد الكهرباء والماء -الذي يخرج بصفة منتج ثانوي- عبر عملية تسمى التحليل الكهربائي العكسي.

وهنا تحدث عملية إزالة الإلكترونات من غاز الهيدروجين، ثم تُرسل عبر الدائرة الكهربائية لتشغيل محرك السيارة، كما تتحد مع الأكسجين على الجانب الآخر لتكوين بخار الماء، الذي يخرج عبر عادم السيارة.

ويمكن للكهرباء المنتجة من خلايا وقود الهيدروجين أن تأخذ مسارين حسب الحالة، إمّا عن طريق تشغيل المحرك الكهربائي مباشرة، أو شحن بطارية ليثيوم أيون صغيرة، تساعد في تشغيل المحرك، ويمكنها تخزين الكهرباء لاستخدامها لاحقًا.

التزود بالوقود ونطاق السير

تُزوّد خزانات سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية بالهيدروجين بسرعة ملء سيارة تعمل بالغاز -قد تصل إلى 5 دقائق- وهي إحدى الميزات التي تتمتع بها هذه المركبات عن السيارات الكهربائية العاملة بالبطارية، والتي تحتاج وقتًا أطول للشحن، بحسب التقرير.

ويمكن أن تحتوي سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية على العديد من خزّانات غاز الهيدروجين، وتكون ذات جدران سميكة ومضغوطة ومختبرة لضمان السلامة في التصادم، لأن الهيدروجين شديد الاشتعال.

وبالنسبة إلى مدى قيادة السيارة العاملة بخلايا وقود الهيدروجين، فإنه يُعدّ أطول من السيارات الكهربائية، مع الوضع في الحسبان قلة محطات الشحن لهذا النوع الناشئ.

ويمكن أن تقطع سيارات خلايا الوقود العاملة بالهيدروجين ما بين 300 و400 ميل، قبل أن تحتاج إلى التزود بالوقود، وفقًا لما ذكرته مبادرة درايف كلين (Drive Clean) في كاليفورنيا.

في المقابل، يبلغ متوسط ​​مدى السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات 250 ميلًا، وفقًا للتقرير.

التحديات أمام سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية

رغم العديد من المزايا السالف ذكرها لمركبات خلايا الوقود العاملة بالهيدروجين، فإن هناك عدّة تحديات تجعل انتشار هذا النوع من المركبات على نطاق واسع محدودًا حتى الآن.

التحدي الأول: تكلفة التزود بالوقود مرتفعة للغاية، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن إنتاج الهيدروجين لا يزال باهظ التكلفة في الوقت الحالي.

التحدي الثاني: الافتقار إلى البنية التحتية للتزود بالوقود؛ إذ يوجد قرابة 400 محطة وقود لشحن سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية في جميع أنحاء العالم.

وعلى سبيل المثال، تهدف الولايات المتحدة لبناء 1000 محطة لسيارات خلايا الوقود الهيدروجينية بحلول عام 2030، في المقابل، تمتلك البلاد حاليًا 110 آلاف محطة شحن بطاريات السيارات الكهربائية.

التحدي الثالث: رغم تصنيف سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية بأنها لا تطلق انبعاثات ضارة، فإن الهيدروجين -غالبًا- ما يأتي عن طريق حرق الوقود الأحفوري، لكن مع التوسع في إنتاج الهيدروجين من الطاقة المتجددة يُمكن أن تتغلب الصناعة على هذا التحدي.

مصدر:ما الفرق بين سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية والمركبات الكهربائية؟ – الطاقة (attaqa.net)