كيف تعمل السيارات الهيدروجينية؟ نظرة على مستقبل النقل

تُعتبر السيارات الهيدروجينية، المعروفة أيضًا بمركبات خلايا الوقود الكهربائية (FCEVs)، واحدة من الحلول الواعدة التي تهدف إلى تقليل التلوث والحد من التغير المناخي. تعمل هذه السيارات على الهيدروجين كوقود لتوليد الكهرباء، والتي بدورها تشغل المحرك الكهربائي. تمثل هذه التقنية خطوة نحو تقليل الانبعاثات الكربونية واعتماد مصادر طاقة متجددة، مما يجعلها جزءًا أساسيًا من مستقبل النقل المستدام. ولكن كيف تعمل السيارات الهيدروجينية؟

1. خلايا الوقود الهيدروجينية: التكنولوجيا الأساسية

في قلب السيارة الهيدروجينية توجد خلايا الوقود، وهي أجهزة تحوّل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عبر تفاعل كيميائي كهربائي. تعمل خلايا الوقود في السيارات الهيدروجينية من خلال دمج الهيدروجين (H2) مع الأوكسجين (O2) من الهواء في عملية تنتج الكهرباء، والحرارة، والماء كمنتجات ثانوية. يحدث هذا التفاعل داخل مجموعة من خلايا الوقود المتصلة معًا لتوفير الطاقة اللازمة لتحريك السيارة.

يتم تخزين الغاز الهيدروجيني في خزانات عالية الضغط داخل السيارة ويتم إرساله إلى خلية الوقود. بمجرد وصول الهيدروجين إلى خلية الوقود، يتم تقسيم جزيئات الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات. تتدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية لتوليد الكهرباء التي تشغل المحرك الكهربائي. أما البروتونات، فتتحد مع الأوكسجين من الهواء لتكوين الماء (H2O)، الذي يُطرد من العادم كبخار.

2. المحرك الكهربائي ونظام النقل

مثل السيارات الكهربائية التقليدية (BEVs)، تستخدم السيارات الهيدروجينية محركًا كهربائيًا لتحريك العجلات. الطاقة الناتجة عن خلية الوقود تُشغل المحرك، مما يوفر تسارعًا فوريًا وسلاسة في القيادة. وبذلك، تصبح السيارات الهيدروجينية مشابهة في أدائها للسيارات الكهربائية التقليدية، حيث تقدم قيادة هادئة وفعالة مع عدم وجود انبعاثات من العادم.

3. تخزين الهيدروجين وإعادة التزود بالوقود

من أكبر التحديات التي تواجه السيارات الهيدروجينية هو تخزين الغاز الهيدروجيني. يجب تخزين الهيدروجين في خزانات عالية الضغط، عادةً عند 700 بار (10,000 PSI)، لضمان توافر الكمية الكافية من الوقود للقيادة. تم تصميم هذه الخزانات لتكون خفيفة الوزن وآمنة للغاية، مما يضمن تخزين الهيدروجين بشكل آمن تحت الضغط العالي.

تعد عملية إعادة تزويد السيارة بالهيدروجين سريعة نسبيًا مقارنة بشحن سيارة كهربائية. يمكن إعادة تعبئة خزان الهيدروجين في حوالي 3-5 دقائق في محطة تزويد بالهيدروجين، ولكن البنية التحتية لمحطات تزويد الهيدروجين ما زالت محدودة، ولا توجد محطات كافية في بعض المناطق.

4. الأثر البيئي

أحد أكبر مزايا السيارات الهيدروجينية هو تأثيرها البيئي المنخفض. الناتج الوحيد عن تفاعل خلية الوقود هو الماء والحرارة، مما يجعل هذه السيارات بديلاً نظيفًا للسيارات التقليدية التي تعمل بالبنزين أو الديزل. لا تنتج السيارات الهيدروجينية ثاني أكسيد الكربون أو ملوثات ضارة أخرى، مما يساعد في تقليل تلوث الهواء والانبعاثات الضارة.

ومع ذلك، فإن تأثيرها البيئي يعتمد على كيفية إنتاج الهيدروجين. حاليًا، يُنتَج الهيدروجين عادةً من خلال إعادة تشكيل الغاز الطبيعي، مما يطلق ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، إذا تم إنتاج الهيدروجين باستخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح أو الشمس من خلال عملية تُسمى التحليل الكهربائي، فيمكن للسيارات الهيدروجينية أن تصبح خالية من الكربون تمامًا.

5. التحديات وآفاق المستقبل

على الرغم من مزاياها، فإن السيارات الهيدروجينية تواجه عدة تحديات. أهم هذه التحديات هو البنية التحتية المحدودة لمحطات تزويد الهيدروجين، حيث إن عدد هذه المحطات أقل بكثير مقارنةً بمحطات شحن السيارات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، فإن إنتاج الهيدروجين لا يزال مكلفًا، وخاصة إذا كان يتم باستخدام مصادر غير متجددة.

لكن مع تقدم التكنولوجيا وتحسين كفاءة خلايا الوقود، بالإضافة إلى توسع البنية التحتية لمحطات تزويد الهيدروجين، قد تُصبح السيارات الهيدروجينية جزءًا مهمًا من الحلول المستقبلية في النقل المستدام.