به‌هرحال، به‌دنبال وقوع بحران‌های نفتی و با توجه به پیش‌بینی اتمام ذخایر نفتی در آینده‌ای نه‌چندان دور و تشدید مخاطرات زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت‌های هیدروکربوری مایع در بخش حمل‌و‌نقل، جهان امروز به سمت سوخت‌های جایگزین، منابع انرژی جدید و تجدیدپذیر و استفاده بیشتر از گاز طبیعی سوق یافته‌است.

با توجه به اهمیت وجود هوای پاک و سالم جهت ادامه حیات موجودات زنده، شناخت، پیشگیری و کنترل آلودگی‌های محیط‌زیست، از اهمیت بالایی برخوردار است. از طرفی بشر برای به دست آوردن رفاه بیشتر نیاز به مصرف انرژی دارد. بر اساس مطالعات گوناگونی که در زمینه تولید انرژی با ملاحظات زیست محیطی صورت گرفته، همه بر افزایش سهم انرژی‌های نو در میان‌مدت و بلند‌مدت تأکید دارند. از طرفی با توسعه دانش بشری و ظهور فناوری‌های نوین و اقتصادی در زمینه به کارگیری انرژی‌های نو می‌توان انتظار داشت که روند عرضه و تقاضای انرژی‌های تجدیدپذیر در جهان در آینده‌ای نه‌چندان‌دور، با افزایش چشمگیری مواجه خواهد بود.

در سراسر جهان 60‌ درصد مصرف نفت در بخش حمل‌و‌نقل مصرف می‌شود؛ و تلاش زیادی می‌شود تا یک گزینه مناسب و مقرون به صرفه برای آن یافت شود.

خودروهای دارای پیشرانه پیل‌های سوختی که در آن انرژی شیمیایی ذخیره شده در سلول‌ها به انرژی الکتریکی تبدیل شده و آلایندگی اندکی نیز دارد، همواره یک راهکار مورد توجه بوده‌است. در جهت تحقق اقتصاد هیدروژنی، اقداماتی چون:

تعریف چشم‌انداز استانداردها و قوانین استفاده از انرژی تجدیدپذیر

- سرمایه‌گذاری مناسب در زمینه تحقیق و توسعه تکنولوژی

- آموزش‌های عمومی

- تأمین زیرساخت‌ها ضروری است.

ضروری هستند.

• یک پیل سوختی:

- ابزاری الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی سوخت را از طریق غیراحتراقی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

- دارای بازده بیش از دو برابر بازده یک موتور بنزینی درون‎سوز است.

- دارای قابلیت استفاده در یک خودروی دارای پیشرانه پیل سوختی (FCEV) هیدروژنی است و الکتریسیته و آب تولید می‌کند (عدم انتشار گازهای اگزوز).

• هیدروژن:

- یکی از عناصری است که در سطح زمین به وفور وجود دارد. در هر صورت، به ندرت به صورت خالص یافت می‌شود (کمتر از یک درصد) و به طور معمول در حالت ترکیب با دیگر عناصر همانند کربن و اکسیژن است و باید جهت استفاده به عنوان سوخت، آن را جداسازی کرد.

- با واحد وزن اندازه‌گیری می‌شود (کیلوگرم) و یک کیلوگرم هیدروژن تقریباً دارای محتوای انرژی برابر با یک گالن بنزین است.

- گاز است و تنها در دماهای بسیار پایین (°C 253-) مایع است.

- بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌مزه و غیر سمی است.

پیشتازان بین‌المللی هیدروژن

ایالات متحده از نظر تاریخی پیشتاز توسعه تکنولوژی است. این پیشتازی در زمینه هیدروژن، تکنولوژی‌های پیل سوختی و کاربردهای آنها در بخش حمل و نقل نیز صادق است. کشورهای دیگر نیز نویدبخش بودن این تکنولوژی‌ها را درک کرد ه‌ و سرمایه‌گذاری و تعهدهای راهبردی برای حمایت از توسعه و گسترش فناوری‎های هیدروژن را در بلندمدت انجام داده‌اند.

ژاپن، آلمان و کره جنوبی تمایلات خود جهت حرکت به سوی معرفی تجاری خودروهای هیدروژنی و زیرساخت‌های لازم آن برای آینده نزدیک را با حمایت‌ها و هماهنگی‌های دولتی در بخش صنعت آغاز کرده‌اند. این کشورها به همراه اتحادیه اروپا، در مجموع مبلغ تقریبی چهار میلیارد دلار برای تحقیقات، توسعه و گسترش فعالیت‌های خودروهای هیدروژنی و سیستم سوخت‌رسانی آنها را تعهد کرده‌اند.

صنایع ژاپنی (اتومبیل، انرژی و تأمین‌کنندگان آن)، دولت و مراکز علمی، اهداف معرفی تجاری خودروهای دارای پیل سوختی در سال 2015 می‌باشند. دولت ژاپن، برنامه‌هایی برای آغاز گسترش خودروهای هیدروژنی و زیرساخت‌های آن را اعلام کرده است. دولت، صنعت و مراکز علمی دارای نقش هستند و فعالیت‌ها شامل توسعه تکنولوژیکی، بازبینی قوانین و ایجاد مدل‌های اشتغال پایدار و زیرساخت‌های اصلی (100 جایگاه سوخت‌رسانی) پیش از سال 2015 است. جایگاه‌های سوخت‌رسانی اولیه در چهار منطقه اصلی (توکیو، ناگویا، اوساکا و فوکواُکا) و اتصالات بین آنها تمرکز یافته است. تویوتا به طور مستقل تمایل خود به تجاری‌سازی خودروهای دارای پیل سوختی را تا سال 2015 اعلام کرده است. هوندا خط تولیدی با حجم پایین، جهت تولید این خودروها ساخته است. سیزده شرکت ژاپنی، تحت هدایت JX Nippon Oil، شورایی با هدف تأمین هیدروژن جهت سوخت خودروهای هیدروژنی تا سال 2015 را تشکیل داده‌اند.

مجموعه‌ای از مهره‌های اصلی شامل تأمین‌کنندگان گاز، شرکت‌های ماشین‌سازی، شرکت‌های انرژی و آژانس‌های دولتی کشور آلمان، تفاهمنامه‌ای به منظور ارزیابی تجاری‌سازی خودروهای دارای پیشرانه پیل سوختی و شبکه سوخت‌رسانی هیدروژن تا حدود سال 2015 را در سال 2009 به امضا رساندند. این گروه تحت سرپرستی NOW (اداره سوبسید آلمان برای فعالیت‌های الکتریکی) قرار دارد.

گروه مذکور، نصب بیش از 1000 جایگاه سوخت هیدروژنی و گسترش بیش از 600000 خودرو هیدروژنی تا سال 2020 را در برنامه خود قرار داده است. در اواخر سال 2009، دولت آلمان برنامه خود را برای سرمایه‌گذاری 1.1 میلیارد دلار برای گسترش اولیه خودروهای هیدروژنی و جایگاه‌های سوخت‌رسانی را اعلام کرد. با حمایت‌های مالی دولت، Daimler و Linde در ژوئن 2010 برنامه‌هایی جهت نصب 20 جایگاه سوخت هیدروژنی در آلمان تا ابتدای سال 2012 را اعلام کرد.

خودروسازان پیشرو کره جنوبی، هیوندا، کیاموتورز و جی ام دوو، در تلاش برای همکاری با دولت جهت گسترش خودروهای هیدروژنی و جایگاه‌های سوخت هیدروژنی هستند. در نقشه راه گسترش خودرو سبز سال 2010 آنها، دولت کره جنوبی مصمم به راه‌اندازی بیش از 160 جایگاه سوخت هیدروژنی در سراسر کشور تا سال 2020 بوده و مبلغ 330 میلیون دلار به منظور گسترش اولیه خودرو و جایگاه‌ها، سرمایه‌گذاری شده است. در همان نقشه راه، دولت برنامه خود جهت پرداخت یارانه به خودروهای هیدروژنی به میزان 3000 دلار به ازای هر خودرو را اعلام کرده است. تا سال 2011، تقریباً 10 جایگاه ساخته شده و راه‌اندازی دو جایگاه دیگر در کره جنوبی با همکاری دولت، دانشگاه‌ها، تأمین کنندگان گاز صنعتی و شرکت‌های نفت‌وگاز برنامه‌ریزی شده بود. در حال حاضر 100 جایگاه سوخت هیدروژن فعال در این کشور وجود دارد. کره جنوبی تأمین 20 درصد پیل‌های سوختی ثابت و متحرک دنیا و ایجاد 560000 شغل جدید تا سال 2025 را به عنوان هدف خود اعلام کرده است.

خودروهای دارای پیشرانه پیل سوختی (FCEV)

در طول دو دهه گذشته، شرکت‌های مطرح اتومبیل‌سازی، میلیاردها دلار در سراسر جهان در زمینه برنامه‌های تحقیق، توسعه و گسترش خودروهای الکتریکی پیل سوختی سرمایه‌گذاری کرد‌ه‌اند. این سرمایه‌گذاری با مشارکت‌های تکنیکی لابراتوارهای ملی و دانشگاه‌ها افزایش یافته است. پیشرفت‌های حاصل در مدت زمانی، FCEV را از نمونه آزمایشگاهی به محصولی در ناوگان حمل و نقل تبدیل کرد ه است. در سال 2009، خودروسازان پیشرو (دایملر، فورد، جنرال موتورز/اپل، هوندا، رنو/نیسان، هیوندا/کیا و تویوتا) توافقنامه‌ای را امضا کردند و اعلام کردند که در سال 2015 خودروهای FCEV را تجاری خواهند کرد. آنها برای زیرساخت‌های سیستم سوخت‌رسانی هیدروژن در چهار بازار هدف اولیه فراخوان دادند: آلمان، ایالات متحده، ژاپن و کره جنوبی.

از دید مشتری، FCEVها شتاب عالی، بازده بالا (مصرف سوخت پایین)، عملکرد بیصدا، سطح ارتعاش پایین، برد راندن قابل قبول و سوختگیری سریع و تمیزتر (بدون بخار، بدون ریزش و بدون بو) را فراهم می‌آورند. از دید اجتماعی، FCEVها بر خلاف سوخت‌های فسیلی، انتشار گازهای اگزوز ندارند و می‌توانند راهکار جدیدی برای حمل‌و‌نقل تجدیدپذیر باشند. میزان گازهای گلخانه‌ای حاصل از خودروهای دارای پیل سوختی، هنگامی که از گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه استفاده شود؛ تقریباً 50 درصد پایین‌تر از اتومبیل‌های متداول بنزینی غیر هیبریدی است. راهکارهای چندگانه همانند تبدیل زیست توده یا الکترولیز با استفاده از انرژی باد و خورشید، می‌توانند میزان انتشاز گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهند اما هزینه تمام شده سوخت بالاتر خواهد بود.

یک راه برای ارزیابی وضعیت موجود تکنولوژی خودروهای دارای پیشرانه پیل سوختی، ارزیابی داده‌های حقیقی است. این امر به معنای مطالعه خودروهای دارای پیل سوختی است که تاکنون به کار گرفته شده‌اند، ارزیابی عملکرد رانندگی، اندازه‌گیری زمان پایداری (Durability) و تخمین هزینه‌های آنها به روش تحلیل از پایین به بالا (bottom-up) است. در طول دهه گذشته، تعداد فزاینده‌ای از FCEVها به عنوان قسمتی از برنامه‌های خودروسازان روانه خیابان‌ها شده‌اند.

FCEVها، با زمان سوخت‎گیری یکسان با خودروهای بنزینی، امکان رانندگی را فراهم می‌آورند. امروزه این خودروها می‌توانند هیدروژن لازم جهت رانندگی مسافت 300 مایل یا بیشتر را در زمان کوتاه سه دقیقه با استفاده از پروتکل صنعت سوخت‎گیری توسعه یافته جدید، به دست آورند. تکنولوژی‌های موجود سیستم پیل سوختی، بازده تبدیل خالص 59 درصد را ارائه می‌دهند (ورودی، هوا و هیدروژن؛ خروجی جریان الکتریسیته مستقیم). داده‌های دپارتمان انرژی (DOE) بازده 53-42 درصد در حداکثر قدرت و 59-53 درصد را در سطوح عملیاتی، ارائه می‌دهد. این بازده‌های بالا، کلیدی برای مدیریت هزینه سوخت به ازای هر مایل و تأمین برد خودرو از ذخیره هیدروژن موجود است. همچنین بدین معنا هستند که FCEVها می‌توانند منابع محدود انرژی را به کارکرد موتور (mileage) بالاتر بسط دهند. اقتصاد سوخت چندین FCEVبا مدل‌های یکسان سال خودروهای متداول بنزینی (غیر هیبریدی) آنان مقایسه شده و در جدول 1 آورده شده است.

مبنای مقایسه مدل یکسان، به منظور حذف اثر تغییرات آیرودینامیکی، مقاومت چرخشی و وزن بدنه خودرو است. این تغییرات از تفاوت‌های فیزیکی سال به سال، تجهیزات استاندارد، شکل و طراحی ساختاری یا انتخاب مواد ناشی می‌شوند. دلیل دوم انتخاب مدل سال یکسان برای مقایسه، بدست آوردن نقطه مشترکی در زمان است، زیرا امتداد بهبود تکنیکی همه مسیرهای تکنولوژی و رابطه جایگزین (tradeoff) قوانین و بازار مابین قیمت خودرو و بازده سوخت ممکن است از سالی به سال دیگر متفاوت است.

انتشارات دی‌اکسیدکربن و مصرف نفت‌خام

با استفاده از هیدروژن تولید‌ شده با روش‌های تولید امروزی، خودروهای دارای پیل سوختی توانسته‌اند کاهش بسزایی در انتشار دی‌اکسیدکربن بر مبنای از چاه تا چرخ‌ها ایجاد کند. هیدروژن حاصل از گاز طبیعی در یک خودروی دارای پیل سوختی، نسبت به خودروی بنزینی بر مبنای از چاه تا چرخ‌ها، حدود 50 درصد کمتر دی‌اکسیدکربن منتشر می‌کند. با استفاده از هیدروژن از منابع تجدیدپذیر، انتشار دی‌اکسیدکربن کاهش بیشتری خواهد یافت.

از سوی دیگر مصرف هیدروژن به‌عنوان سوخت جهت حمل و نقل می‌تواند مصرف نفت‌خام را پایین بیاورد. نیاز به نفت‌خام جهت بنزین، دیزل و هیدروژن از گاز طبیعی در شکل 1 نشان داده شده است. از آنجاکه هیدروژن قابلیت تولید از منابع گوناگونی را دارد، نسبت به دیگر سوخت‌ها که تنها از یک ماده اولیه تولید می‌شوند تنوع بیشتری داردو

مهرنوش آتش‌فراز

مدیریت پژوهش و فناوری شرکت ملی پالایش و پخش