پیشگفتار :
استفاده، ساخت و تولید خودروهای هیدروژنی تا سال ۲۰۵۰ میلادی چندین برابر خواهد شد؛ اگر هزینه های میلیاردی این طرح ها تامین شود و شرکت های سرمایه گذار و علاقه مند به تولید خودروهای هیدروژنی بتوانند از موانع پیش رو عبور کنند. به این ترتیب می توان امیدوار بود تا سال ۲۰۵۰ میلادی، خودروها با سوخت هیدروژنی در سطح وسیع، جایگزین خودروها با سوخت های فسیلی یا همین خودروهای کنونی شوند.

چکیده :
فعالان محیط زیست معتقدند تنها راه جلوگیری از افزایش دمای زمین، تولید و استفاده از خودروهای هیدروژنی در سطح گسترده تا حد جایگزین شدن آنها با خودروهای کنونی و استفاده از سوخت های زیستی (سوخت های پاک) به جای سوخت های فسیلی، به عنوان سوخت خانه ها و واحدهای صنعتی است. در واقع هر چند در حال حاضر اجرای چنین طرح هایی، کمی سخت و پرهزینه به نظر می رسد، اما تا چند سال آینده، با گذر از بعضی موانع، به راحتی می توان از

یکی از بهترین منابع انرژی قابل تجدید، یعنی هیدروژن استفاده کرد. در این پژوهش به بررسی انواع سوخت های پاک پرداخته شده است و ویژگی ها ، مزابا و معایب هر یک مورد بررسی قرار گرفته است ، در گزارش های دریافتی از فعالان محیط زیست اعلام شده، با طرح جایگزینی سوخت هیدروژنی در بخش های

مختلف به ویژه صنعت خودروسازی، تا سال ۲۰۵۰ میلادی، میزان استفاده از سوخت های فسیلی در ناوگان حمل و نقل بسیاری از کشورها به ویژه کشورهای پیشرفته تا صد درصد کاهش خواهد یافت، علاوه بر اینکه با استفاده از این طرح ها، میزان تولید و انتشار آلاینده Co۲ به میزان چشمگیری کاهش می یابد، چرا که اصلی ترین منبع تولید این آلاینده، سوخت های فسیلی مورد استفاده در بخش های مختلف به ویژه خودروها است. به عقیده آنها برای دستیابی به این

هدف، نیاز به برنامه ریزی صحیح، اعم از طرح های امنیت انرژی و سیاست های زیست محیطی قابل اجرا حتمی است. براساس آمار، تنها در امریکا ۴۴ درصد از مصرف سوخت های فسیلی در بخش حمل و نقل عمومی و خودروهای شخصی مورد استفاده قرار می گیرد که به این ترتیب، بیش از ۲۰ درصد از آلاینده دی اکسیدکربن از این طریق به هوای استنشاقی وارد می شود.

مقدمه :
یکی از کشورهای پیشگام در این سرمایه گذاری های کلان، امریکا است. این شاید تنها به دلیل وضعیت نسبتاً قابل قبول اقتصادی این کشور نباشد، بلکه شاید حجم بالای آلاینده دی اکسیدکربن در هوای تنفسی، دولت این کشور را به سرمایه گذاری کلان در زمینه ساخت و راه اندازی واحدهای تولیدی خودروهای هیدروژنی مجاب کرده است. شنیده ها حاکی از آن است که دولت امریکا ۱۴۵ میلیارد دلار بابت طرح های راه اندازی کارخانه های تولیدکننده خودروهای هیدروژنی در نظر گرفته است که ۵۰ میلیارد آن طی ۱۵ سال آینده در فاز اول طرح هزینه خواهد شد.

هر چند رقم اعلام شده، رقم بالایی است اما این رقم قرار نیست یکباره هزینه شود، بلکه طی چند مرحله هزینه خواهد شد. از طرفی در همین زمان نیز دولت امریکا باید یارانه (سوبسید) بنزین مصرفی به مبلغ ۱۶۰ میلیارد دلار را نیز پرداخت کند. در واقع با توجه به هزینه در نظر گرفته شده برای اجرای طرح و یارانه پرداختی برای بنزین، دولت امریکا باید تا سال ۲۰۲۰ میلادی مبلغی معادل دو میلیارد دلار بابت اجرای طرح خودروهای هیدروژنی پرداخت کند، علاوه بر اینکه تا سال ۲۰۲۳ میلادی نیز به دلیل بالا بودن بهای خودروهای هیدروژنی در مقایسه با خودروهای معمولی، بودجه لازم برای عدم فروش برخی از خودروهای هیدروژنی نیز باید محاسبه شود.
اما پس از این تاریخ، یعنی سال ۲۰۲۳ میلادی، میزان تولید خودروهای هیدروژنی تا سال ۲۰۳۵ به ۶۰ میلیون دستگاه و تا سال ۲۰۵۰ به ۲۰۰ میلیون خواهد رسید که در نتیجه با کاهش بهای خودروها می توان هزینه های پرداختی را جبران کرد. با این همه تحلیلگران اقتصادی و فعالان محیط زیست معتقدند سرمایه گذاری برای کاهش و کنترل آلاینده ها، تنها نباید روی یک شاخص، مثل استفاده از سوخت هیدروژنی به شکل های مختلف مانند استفاده از آن در ساخت خودروهای هیدروژنی متمرکز شود، بلکه باید سرمایه گذاری ها فراگیرتر و برای تولید گسترده سوخت های پاک صرف شود.

اما درباره سوخت هیدروژنی، ایجاد احتراق در موتور خودروها مساله یی است که باید بیش از هر چیز مورد بررسی و توجه قرار گیرد؛ واکنشی که هم بتواند به سرعت هیدروژن و اکسیژن را طی فرآیند شیمیایی به آب تبدیل کند و از سوی دیگر، انرژی لازم برای گرم کردن موتور را فراهم کند.

از طرفی هیدروژن به صورت آزاد در طبیعت موجود نیست و آن را باید از ترکیبی مانند آب یا سوخت های فسیلی مثل گاز یا زغال سنگ جدا کرد.
یکی از اصلی ترین اهداف طرح، کاهش آلاینده دی اکسیدکربن از طریق دفن آن در اعماق زمین است. تا سال ۲۰۲۵ میلادی، هیدروژن باید از جدا کردن آن از زغال سنگ به دست آید و تا سال ۲۰۵۰ نیز نیمی از هیدروژن مورد نیاز، باز هم از زغال سنگ تهیه خواهد شد که بخش دیگری از آن هم از گاز طبیعی به دست می آید.

استفاده از انرژی خورشیدی برای تجزیه آب و به دست آوردن هیدروژن، روش دیگری برای به دست آوردن هیدروژن است اما پیش از آن باید امکان انجام این کار و هزینه آن محاسبه شود.
هر چند روش های دیگری را هم برای تهیه هیدروژن می توان در نظر گرفت، اما در حال حاضر روش های ذکرشده، عملی ترین روش ها به نظر می رسند.
در هر صورت با وجود مشکلات پیش رو و هزینه های فراوان طرح، امریکا و به دنبال آن بسیاری از کشورهای جهان در حال طراحی خودروها با سوخت هیدروژنی هستند. مرحله نخست این طرح طی ۱۵ سال آینده به بهره برداری انبوه خواهد رسید.

فصل اول
انواع سوخت های پاک

مقدمه :
پیشرفت تکنولوژی در مسیر صدساله تاریخ صنعت خودروسازی باعث شده است هر ساله شاهد تولید اتومبیل هایی با کیفیت بهتر و مصرف پائین تر سوخت باشیم. اما در تمام این سال ها، دغدغه تأمین سوخت و انرژی های جایگزین برای اتومبیل ها همواره شرکت های معتبر خودروسازی را به خود مشغول ساخته است. این روزها در مورد تولید اتومبیل های دوگانه سوز یا هیبریدی مطالبی شنیده می شود. اتومبیل های الکتریکی از ایده به واقعیت رسیده اند و حتی روش

های منحصربه فردی جهت رانش اتومبیل ها ابداع شده است؛ اما هنوز هیچ کدام، از نظر صرفه اقتصادی و کاربری آسان به پای سوخت های فسیلی مانند بنزین و گازوئیل نمی رسند. با این حال ملاحظاتی همچون مشکلات زیست محیطی به وجود آمده در ابعاد کلان از یک سو و تنگناهای مربوط به کاهش ذخایر سوخت های فسیلی از سوی دیگر، باعث شده است تا جهت گیری به سمت انرژی های جایگزینی روند جدی تری به خود بگیرد.

در سال های گذشته سوخت ها و انرژی های جایگزین متعددی برای خودروها معرفی شده است که حتی بعضی از این روش ها تا مرز تولید صنعتی هم پیش رفته و نیز بعضی از این روش ها به تولید انبوه دست یافته است. در این مقاله قصد بررسی این راهکارها را داریم تا به روش های جایگزین برای سوخت های فسیلی دست یابیم.

هوای فشرده:
یکی از جدیدترین شیوه های حرکتی در اتومبیل ها که از آلایندگی بسیار کمی نیز برخوردار است، استفاده از هوای فشرده برای پیش راندن اتومبیل ها است. شیوه کلی حرکتی این اتومبیل ها، استفاده از کپسول های هوای فشرده است. هوای فشرده درون این کپسول ها به شکل خاصی به سوی موتور ۴ سیلندر هدایت می شود، سپس هوای فشرده، میل لنگ را به حرکت درمی آورد. این شیوه حرکتی با نیرویی در حدود ۲۵ اسب بخار تنها برای اتومبیل های شهری کوچک، قابل استفاده است با این حال، از نظر سادگی و عملی بودن آن، شیوه ای قابل توجه و قابل پیشرفت است.

گاز طبیعی فشرده (CNG):
تولید مونوکسید کربن گاز طبیعی فشرده نسبت به بنزین حدود ۶۰ درصد کمتر و تولید دی اکسید کربن آن نیز ۱۰ درصد پائین تر است. موتور بسیاری از اتومبیل های حال حاضر جهان را می توان با ایجاد تغییرات کوچکی برای استفاده از گاز طبیعی فشرده آماده کرد. قابل ذکر است که استفاده از گاز طبیعی در اتومبیل ها به سال ۱۹۳۰ بازمی گردد. اما همواره کمبود جایگاه های تزریق گاز فشرده به اتومبیل ها از عوامل اصلی استفاده نکردن از این انرژی بوده است. البته راندمان گاز فشرده نسبت به بنزین پائین تر است اما در مجموع مزایای بسیاری دارد.

انرژی خورشیدی:
استفاده از انرژی بی پایان خورشیدی، سال ها است که مورد توجه خودروسازان قرار دارد. مهم ترین ویژگی انرژی خورشیدی، نامحدود بودن و پاکیزگی مطلق آن است؛ اما مانع اصلی استفاده از نیروی خورشیدی، تغییرات جوی و ابری شدن هوا است که معمولاً چندان قابل پیش بینی نیست. در ضمن صفحات بزرگ جذب انرژی خورشیدی و باتری های سنگین ذخیره آن، عملاً چابکی و تحرک اتومبیل را کم می کند. با این حال، پاکیزگی صددرصد انرژی خورشیدی همچنان مورد توجه تمام خودروسازان است.

هیدروژن:
هیدروژن بی تردید یکی از پاک ترین سوخت های موجود محسوب می شود، اما هیدرولیز آب و به دست آوردن هیدروژن خالص هزینه های زیادی می طلبد. شاید به همین دلیل است که استفاده از هیدروژن برای تعدادی از کمپانی های خودروسازی، هنوز در مرحله تحقیق و پژوهش است. در محیط های شهری نیز تنها بعضی از کشورها، هیدروژن را به عنوان سوخت اتوبوس های درون شهری به کار گرفته اند. در ضمن خاصیت انفجاری هیدروژن نیز از محبوبیت آن برای استفاده در خودروها کاسته است.

بیودیزل:
موتورهای دیزل با مصرف گازوئیل (نفت گاز) کار می کنند اما چندی است که بحث استفاده از بیودیزل بالا گرفته است. در بیودیزل از روغن های گیاهی، چربی های حیوانی و روغن های سنگین به عنوان سوخت استفاده می شود. ویژگی این مواد اولیه بازیافت و بازگشت آسان آنها به چرخه طبیعت است. تهیه روغن های فوق از طریق کشت و فرآوری به دست می آید؛ اما هنوز فاصله زیادی با مصرف عمومی دارد.

الکل:
اتومبیل های مسابقات مشهور آمریکا، موسوم به «ایندی ۵۰۰» همگی از اتانول خالص استفاده می کنند. اتانول نوعی الکل است که به هنگام احتراق، نیروی بیشتری نسبت به بنزین تولید می کنند. حتی بعضی از اتومبیل های غیرمسابقه ای مانند فورد تا رولی FFV نیز به گونه ای طراحی شده اند که می توانند هم از اتانول و هم از بنزین استفاده کنند. درصد آلایندگی اتانول نیز پائین و در حد قابل قبولی است اما قیمت بالای آن، مهم ترین مانع برای فراگیر شدن استفاده از آن محسوب می شود.

نیروی الکتریکی:
با توجه به تخریب لایه ازن به وسیله سوخت های فسیلی مدت هاست که استفاده از نیروی الکتریکی برای رانش اتومبیل در قالب موتورهای هیبریدی، پیل سوختی و تمام برقی مطرح است. در حال حاضر بعضی از خودروهای جهان مجهز به باتری های قابل شارژ الکتریکی است اما از بدو شروع تحقیقات بر روی خودروهای تمام الکتریکی، معضل باتری های سنگین، نخستین و مهم ترین معضل برای حرکت این اتومبیل ها به حساب می آمده است. شاید به همین دلیل است که تنها ۳ درصد اتومبیل های سراسر جهان با نیروی برق حرکت می کنند. با این حال، باتری این اتومبیل ها همواره در مسیر پیشرفت بوده و سبک تر از گذشته می شود.

خودروهای هیبریدی:
در حال حاضر خودروهای هیبریدی نمایانگر یکی از جدی ترین روش های استفاده از انرژی های جایگزین در خودروها هستند. این خودروها درواقع خودروهایی برقی هستند که برای شارژ باتری های کوچک خود از یک موتور درون سوز استفاده می کنند که همیشه در نقطه بهینه عملکرد قرار دارد. مزایای این خودروها، کوچک شدن اندازه موتور، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده های محیط زیست است. در این زمینه شرکت خودروسازی تویوتا با ارائه خودروی پریوس پیشتاز بوده و طبق برنامه ریزی های اعلام شده قرار است این شرکت تا سال ۲۰۱۲ تمام خودروهایش را هیبریدی کند شرکت آمریکایی فورد نیز تصمیم دارد تا سال ۲۰۰۸ میلادی ۵ مدل خودروی هیبریدی را ارائه کند.

خودروهای برقی:
یکی دیگر از زمینه هایی که اخیراً و به خصوص با پیشرفت های رخ داده در بازار تلفن همراه به عنوان یکی از چشم اندازهای جدی صنعت خودروسازی مطرح شده، خودروی تمام برقی است. این خودروها از باتری های الکتروشیمیایی به عنوان منبع قدرت استفاده می کنند و در نتیجه آلودگی زیست محیطی آنها تقریباً صفر است. از مهم ترین مشکلات این خودروها، وزن و هزینه بالای باتری ها و نیز کم بودن مقدار انرژی انباشته در آنها است که این موضوع سبب شد تا مدتی فعالیت های تحقیقاتی بر روی خودروهای تمام برقی به حالت رکود درآید اما امروزه به دلیل پیشرفت های شگرفی که در تکنولوژی باتری ها رخ داده

است، افق روشنی برای این خودروها ترسیم می شود. این تحول، به طور عمده ناشی از نیاز بازار گوشی های تلفن همراه به باتری هایی با توان انباشت انرژی بالا بود. به عنوان نمونه تعداد گوشی هایی که مقدار مصرف باتری آنها از چند وات فراتر می رود، طی ۴سال گذشته چند برابر شده است. این موضوع اهمیت نیاز به باتری های پرانرژی را بیشتر نشان می دهد. مثلاً در سال،۱۹۹۸ باتری های لیتیوم یون یا لیتیوم پلیمر از جمله باتری های گران قیمت به شمار می آمدند و لذا از آنها در مصارف خاص استفاده می شد اما در حال حاضر این نوع باتری ها به وفور در گوشی های تلفن همراه و یا لپ تاپ ها استفاده می شود.

اگر این پیشرفت ها را در کنار پیشرفت های رخ داده در دهه های گذشته در نظر بگیریم که در آنها روند کاهش قیمت باتری و افزایش توان آن به کندی صورت می گرفت، رشد چشمگیر صنعت باتری در حال حاضر بیشتر نمایان می شود. این پیشرفت ها به گونه ای است که هم اکنون شرکت تسلا موتور، یک خودرو مجهز به باتری های لیتیوم یون با قیمت تقریبی ۱۰۰ هزاردلار ساخته است که با هر بار شارژ کامل، ۳۲۰ کیلومتر را می پیماید. البته این خودرو در رده خودروهای اسپرت قرار می گیرد و صفر تا صد آن ۴ ثانیه است.

حال با توجه به وضعیت باتری های کنونی و باتری های نسل گذشته و این که مناسب ترین باتری های قابل استفاده در خودروهای الکتریکی نسل گذشته باتری های سرب و اسید با توان تقریبی یک پنجم باتری های لیتیوم یون فعلی بود، به خوبی می توان فهمید که چرا برای برهه ای مشخص، تحقیقات بر روی خودروهای تمام برقی متوقف شد. اما در این سال ها با توجه به چشم انداز روشنی که در صنعت باتری به چشم می خورد و باتری های تحقیقاتی خوبی که با توانی در حدود ۳ تا ۴ برابر باتری های لیتیوم یونی فعلی ساخته شده اند، به نظر می رسد که بررسی ها برای ساخت خودروهای عمومی با قیمت مناسب و به صورت تمام برقی دوباره از سر گرفته شود. مثلاًَ شرکت بی.ام.و در تلاش است یک مدل خودروی سدان کلاس متوسط با قیمت حدودی ۵۰ تا ۷۰هزار دلار تا

سال ۲۰۰۹ تولید کند. چین نیز درصدد تولید یک خودرو چهارچرخ کوچک و ارزان قیمت با نیرو محرکه برقی با قیمت حدودی ۱۰ هزاردلار از سال ۲۰۰۶ بوده است. نروژ، هند و فرانسه نیز به دنبال این هستند که خودروی چهارچرخ کوچکی با قیمت قابل مقایسه با خودروهای سواری فعلی تولید کنند. به علاوه تعداد شرکت هایی که هر سال به شرکت های سازنده خودروهای تمام برقی می پیوندند روبه افزایش است. البته این روند هنوز محدود است، به گونه ای که تعداد تولید این خودروها از چند صد دستگاه تا ۲ یا ۳ هزار دستگاه بیشتر نمی شود.