چرا هیدروژن پاک‌ترین انرژی موجود برای خودروهای امروزی است؟

هر روز صبح در مرکز حمل‌ونقل در شهر کانتون واقع در جنوب کلیولند و ایالت اوهایو، بیش از دوازده اتوبوس قبل از خروج به‌سمت مسیرهای خود در این شهر، به ایستگاه سوخت‌رسانی می‌رسند. به‌گزارش اتوبلاگ، این اتوبوس‌ها که شبیه اتوبوس‌های معمولی هستند، ساخت شرکت El Dorado National و متعلق به اداره حمل‌ونقل منطقه‌ای Stark Area هستند. با‌این‌حال، در‌مجموع آن‌ها نشان‌دهنده پیشرفته‌ترین فناوری‌ای هستند که می‌تواند نقش مهمی در تولید پاک‌ترین سیستم حمل‌ونقل درون شهری ایفا کند. به‌جای سوخت دیزل آلوده‌کننده، یک‌چهارم اتوبوس‌های این شرکت با انرژی هیدروژن حرکت می‌کنند و چیزی به‌جز بخار آب بی‌ضرر منتشر نمی‌کنند.

هیدروژن فراوان‌ترین عنصر جهان به‌شمار می‌رود. این عنصر همراه با خودروهای برقی به‌طور فزاینده‌ای به‌عنوان یکی از راه‌های کاهش اثر‌های مخرب زیست‌محیطی ۱/۲ میلیارد خودرو کره زمین در کانون توجه قرار گرفته‌اند که بیشتر آن‌ها از سوخت بنزین و دیزل استفاده می‌کنند. تولیدکنندگان کامیون‌های بزرگ و وسایل نقلیه تجاری پذیرش فناوری‌های پیل سوختی هیدروژنی به‌عنوان راهی برای پیشرفت را شروع کرده‌اند. سازندگان هواپیما و قطار و وسایل نقلیه سواری نیز همین‌‌طور هستند.

در ایالات متحده، بخش حمل‌ونقل دارای بزرگ‌ترین سهم در تغییر آب‌وهوا به‌شمار می‌رود؛ به‌همین‌دلیل، انرژی هیدروژن در درازمدت به‌عنوان راهی بالقوه و مهم برای کاهش آلایندگی و انتشار کربن در نظر گرفته می‌شود.

اطمینان داریم هیدروژن هنوز با معرفی به‌عنوان راه‌حل جادویی برای کاهش آلایندگی فاصله زیادی دارد. هم‌اکنون، هیدروژنی که سالانه در سطح جهان عمدتا برای مصرف در پالایشگاه‌ها و ساخت کود به‌کار می‌رود، با استفاده از گاز طبیعی یا زغال‌سنگ ساخته می‌شود. این فرایند هوا را آلوده و به‌جای نجات سیاره زمین آن را گرم می‌کند. در‌واقع، مطالعه جدید محققان دانشگاه‌های کرنل و استنفورد نشان داد بیشتر فرایندهای تولید هیدروژن باعث انتشار دی‌اکسیدکربن می‌شود؛ یعنی حمل‌ونقل با سوخت هیدروژن هنوز نمی‌تواند انرژی پاک تلقی شود.

با‌این‌‌همه، طرفداران حمل‌ونقل با هیدروژن می‌گویند در درازمدت تولید هیدروژن به‌نظر می‌رسد که از نظر زیست‌محیطی ایمن‌تر شود. آن‌ها استفاده روزافزون برق را از انرژی باد و خورشید تصور می‌کنند که می‌تواند هیدروژن و اکسیژن را در آب جدا کند. از‌آنجا‌که این گونه انرژی‌های تجدیدپذیر کاربرد گسترده‌تری دارند، تولید هیدروژن باید به فرایند تمیزتر و ارزان‌تری تبدیل شود.

شرکت‌های جنرال موتورز و نویستار و شرکت حمل‌ونقل J.B. Hunt قصد دارند در سه سال ایستگاه‌های سوخت‌رسانی هیدروژن بسازند و کامیون‌های هیدروژنی را در چند آزادراه ایالات متحده راه‌اندازی کنند. تویوتا و کنورث و بندر لس‌آنجلس آزمایش کامیون‌های هیدروژنی را برای حمل کالاها از کشتی به انبارها آغاز کرده‌اند. ولوو تراکس و دایملر تراکس و سایر تولیدکنندگان نیز همکاری‌شان را اعلام کرده‌‌اند. این شرکت‌ها امیدوار‌‌‌ند تحقیقاتشان را تجاری کنند و کامیون‌های بدون آلایندگی را ارائه دهند که در هزینه‌‌ها صرفه‌جویی و مقررات سخت‌گیرانه آلایندگی را رعایت می‌کنند.

در آلمان، قطاری مجهز به فناوری هیدروژن در سال ۲۰۱۸ شروع به کار کرد و تعداد بیشتری نیز در راه است. شرکت ایرباس مستقر در فرانسه، بزرگ‌ترین تولیدکننده هواپیمای مسافربری در جهان، فناوری هیدروژن را نیز در نظر دارد. شاون لیتستر، استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه کارنگی ملون، به‌مدت دو دهه پیل‌های سوختی هیدروژنی را مطالعه کرده است. وی می‌گوید: «این نزدیکترین چیزی است که تابه‌حال با آن به نقطه عطف واقعی رسیده‌ایم.»

هیدروژن از دیرباز به‌عنوان ماده اولیه تولید کود، فولاد، نفت، بتن و مواد شیمیایی استفاده شده است. همچنین، سال‌ها است که در خودروها به‌کار گرفته می‌شود و حدود ۳۵ هزار لیفتراک در ایالات متحده که حدود ۴ درصد از تعداد کل لیفتراک‌های این کشور را تشکیل می‌دهد، از سوخت هیدروژن تغذیه می‌کنند. استفاده نهایی از آن در جاده‌ها برای حمل بارهای سنگین می‌تواند جایگزین خودروهای دیزلی آلاینده شود.

هیچ فردی نمی‌داند هیدروژن چه زمانی برای کاربرد گسترده استفاده می‌شود. کریگ اسکات، مدیر فناوری پیشرفته تویوتا در آمریکای‌شمالی، می‌گوید این شرکت با آماده‌شدن اولین کامیون هیدروژنی برای فروش شاید دو سال فاصله داشته باشد. ایجاد ایستگاه‌های سوخت بیشتر برای پذیرش گسترده فناوری هیدروژن بسیار مهم خواهد بود.

کرت کنراد، مدیرعامل اداره حمل‌ونقل کانتون می‌گوید:

سیستم‌های ترانزیتی دیگر به این فناوری علاقه زیادی نشان داده‌اند؛ به‌طوری‌که SARTA اتوبوس‌های خود را در سراسر کشور برای شهروندان ارائه می‌‌کند. اداره حمل‌ونقل کانتون که اولین اتوبوس هیدروژنی خود را در سال ۲۰۱۶ خرید، از آن زمان ۱۱ دستگاه جدید اضافه کرده است. همچنین، یک ایستگاه سوخت‌رسانی هیدروژنی ساخته است. دو سیستم ترانزیت کالیفرنیا در اوکلند و ریورساید کانتی اتوبوس‌های هیدروژنی در ناوگان خود دارند... ما نشان دادیم اتوبوس‌هایمان مطمئن و مقرون‌‌به‌صرفه هستند و درنتیجه، ما موانعی را از میان برمی‌داریم که استفاده‌‌ گسترده از این فناوری را کُند کرده است‌.

آزمایش در بندر لس‌آنجلس ماه آوریل آغاز شد؛ یعنی زمانی که در اولین مرحله پنج کامیون کشنده با پیشرانه‌های هیدروژنی تویوتا حمل بار را به انبارهای انتاریو در ایالت کالیفرنیا در فاصله شصت‌مایلی آغاز کردند. این پروژه عمومی‌خصوصی ۸۲/۵ میلیون دلاری درنهایت ۱۰ کامیون کشنده برای آزمایش خواهد داشت.

سوخت هیدروژن در برنامه‌های جو بایدن برای کاهش نصف انتشار گازهای گلخانه‌ای تا سال ۲۰۳۰ گنجانده شده است. لایحه زیرساختی که سنا در هفته‌های گذشته تصویب کرد، شامل تخصیص ۹ میلیارد دلار به‌منظور تحقیقات برای کاهش هزینه‌های تولید هیدروژن پاک و برای قطب‌های تولید هیدروژن منطقه‌ای خواهد بود.

به‌نظر می‌رسد صنعت حمل‌ونقل باربری طولانی‌مدت بهترین گزینه برای استفاده زودهنگام از فناوری هیدروژن است. پیل‌های سوختی که گاز هیدروژن را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند، شعاع حرکتی بیشتری از کامیون‌های الکتریکی باتری‌دار ارائه می‌دهند و در هوای سرد وضعیت بهتری دارند و بسیار سریع‌تر از باتری‌های الکتریکی می‌توانند شارژ شوند. طرفداران این فناوری می‌گویند زمان کوتاه سوخت‌گیری خودروهای هیدروژنی به آن‌ها درمقایسه‌با خودروهای برقی برای استفاده در تاکسی‌ها یا کامیون‌های حمل‌ونقل برتری می‌دهد که دائما در حال استفاده هستند.

چنین مزیتی برای شرکت Green Tomato Cars مستقر در لندن بسیار مهم بود که از شصت خودرو تویوتا میرای با پیل سوختی هیدروژنی در ناوگانی شامل پانصد خودرو بدون آلایندگی خود برای جابه‌جایی مشتریان شرکتی استفاده می‌کند. جانی گلدستون، بنیان‌گذار این شرکت، معتقد است رانندگانش می‌توانند با هر بار سوخت‌گیری تا بیش از سیصد مایل (پانصدکیلومتر) حرکت و در سه دقیقه سوخت‌گیری کنند.

ازآنجاکه درآمد رانندگان به کرایه بستگی دارد، گلدستون می‌گوید:

اگر آنان مجبور باشند چهل یا پنجاه دقیقه، یک ساعت یا دو ساعت در وسط روز کاری خودرو هیدروژنی خود را برای سوخت‌گیری ببرند، این برایشان پذیرفتنی است نیست.

هم‌اکنون، Green Tomato Cars با داشتن حدود دوهزار خودرو پیل سوختی و کامیون‌های حمل زباله و ون‌های حمل‌ بار در جاده‌ها، یکی از اپراتورهای بزرگ خودروهای هیدروژنی در بازار کوچک اروپا به‌شمار می‌رود.

حدود ۷،۵۰۰ خودرو پیل سوختی هیدروژنی در راه جاده‌های ایالات متحده هستند که بیشتر آن‌ها در کالیفرنیا استفاده خواهند شد. تویوتا و هوندا و هیوندای این خودروها را تولید می‌کنند و قیمت آن‌ها گاهی به چند برابر خودروهای بنزینی هم می‌رسد. کالیفرنیا ۴۵ جایگاه سوخت عمومی دارد که تعداد بیشتری از آن‌ها برنامه‌ریزی شده یا در دست ساخت است.

کارشناسان می‌گویند آینده وسایل نقلیه مسافربری در ایالات متحده برخلاف اتوبوس‌ها و کامیون‌های سنگین، عمدتاً با قدرت باتری است نه هیدروژن. وسایل نقلیه کاملا برقی می‌توانند مسافت بیشتری درمقایسه‌با مسافتی طی کنند که بیشتر مردم با استفاده از باتری نسبتاً کوچک نیاز دارند.

هم‌اکنون، به‌جای کاهش آلودگی بر تولید هیدروژن افزوده می‌شود. سالانه حدود ۷۵ میلیون تن هیدروژن در جهان تولید می‌شود که بیشتر آن ناشی از فرایندهای تولید کربن شامل اصلاح بخار گاز طبیعی است. چین از زغال‌سنگ با آلایندگی بیشتر استفاده می‌کند. هیدروژن به‌اصطلاح «آبی» ساخته‌شده از گاز طبیعی، به مرحله‌ای اضافی نیاز دارد. دی‌اکسیدکربن تولیدشده در این فرایند برای ذخیره به زیر سطح زمین ارسال می‌شود.

مطالعه کرنل و استنفورد نشان داد که تولید هیدروژن آبی ۲۰ درصد کربن بیشتری نسبت به سوزاندن گاز طبیعی یا زغال سنگ برای گرما تولید می‌کند. به‌همین‌دلیل، محققان صنعت بر الکترولیز متمرکز شده‌اند که از الکتریسیته برای جداسازی هیدروژن و اکسیژن در آب استفاده می‌کند. هیدروژن در پیل سوختی خودرو با اکسیژن مخلوط می‌شود تا نیرو تولید کند. جو کارگنلی، مدیر شرکت فناوری‌های هیدروژن کامینز است که الکترولیزرها و سیستم‌های قدرت پیل سوختی را تولید می‌کند. وی در این زمینه می‌گوید:

میزان تولید برق به‌وسیله باد و خورشید در سراسر جهان در حال افزایش است و الکترولیز را تمیزتر و ارزان‌تر می‌‌کند.

لیتستر می‌گوید:

با بهبود و گسترش فناوری تولید، قیمت هیدروژن باید کاهش یابد.

درحالی‌که قیمت کامیون دیزلی بسته به نوع تجهیزات دیزلی می‌تواند حدود ۱۵۰ هزار دلار باشد، مشخص نیست قیمت کامیون‌های پیل سوختی چقدر است. نیکولا، استارتاپ سازنده کامیون‌های الکتریکی و پیل سوختی هیدروژنی، سال گذشته تخمین زد که برای هر کامیون کشنده هیدروژنی که می‌فروشد، حدود ۲۳۵ هزار دلار از مشتریان دریافت می‌‌کند.

برق پاک ممکن است سرانجام برای ساخت و ذخیره هیدروژن در راه‌آهن استفاده شود؛ جایی که می‌تواند لوکوموتیوها و کامیون‌های کشنده را با سوخت بدون آلایندگی سوخت‌گیری کند. کامینز استفاده گسترده از هیدروژن را در ایالات متحده تا سال ۲۰۳۰ پیش‌بینی می‌کند که این امر با مقررات سخت‌گیرانه آلایندگی گازوئیل و الزامات دولت برای خودروهای بدون آلاینده سرعت می‌یابد. هم‌اکنون، اروپا اهداف بلندپروازانه هیدروژن سبز را تعیین کرده که برای تسریع استفاده از این فناوری طراحی شده است.