بخشی از مقاله
مقدمه
در حال حاضر شش ميليارد و 400 ميليون انسان بر روي كره زمين زندگي مي‌كنند و اين آمار تا سال 2020 به هفت ميليارد و 500 ميليون نفر خواهد رسيد. در همين حال پيش‌بيني مي‌شود، در مدت زمان فوق شمار افرادي كه صاحب خودرو مي‌شوند 12 تا 15 درصد رشد داشته باشد و اين بدان معني است كه تعداد خودروها كه در حال حاضر در حدود 775 ميليون دستگاه برآورد شده
است، تا سال 2020 به بيش از يك ميليارد و 100 ميليون دستگاه خواهد رسيد. بنابراين كاهش مصرف سوخت و آلاينده‌هاي محيط زيست اهميت بسيار زيادي پيدا مي‌كند كه در اين ميان شركت خودروسازي جنرال موتورز آمريكا با معرفي تكنولوژي پيل سوختي هيدروژني توانسته است اميد به جابجايي بدون آلودگي رادر آينده افزايش دهد.
لذا توسعه خودروهاي پيل سوختي به سرعت در جهان در حال رشد است، به طوري كه در حال حاضر شركت‌هاي خودروسازي جنرال موتورز و اوپل بيش از يك ميليارد دلار صرف تحقيقات در اين تكنولوژي كرده‌اند.
"هيدروژن 3 اوپل" ثابت كرده است كه رانندگي با خودروهاي متفاوت، مسير خود را از آزمايشگاه به جاده هموار كرده است و نمونه اوليه آن در حال حاضر با همكاري شركت سازنده مبلمان ايكيا (IKEA) در حال گذراندن آزمايشهاي متفاوت است و سكوئل (Seqel) جنرال موتورز به توليد خودروهاي با پيل سوختي نزديك‌تر شده است.
"هيدروژن 3 اوپل"؛ دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالي "هيدروژن 3 اوپل" جانشين نمونه اوليه هيدروژني است كه در بهار سال 2000 معرفي شد و از روي طرح خودرو زافيرا اوپل ساخته شده بود.
نيروي برق اين خودرو توسط 200 قطعه پيل سوختي كه به صورت سري به يكديگر متصل شده‌اند، توليد مي‌شود. اين پيل‌ها نيروي موتور برقي 82 اسب بخار بر 60 كيلووات هيدروژن 3 را تامين مي‌كند. اين نيروگاه كه حداكثر 215NM گشتاور توسعه مي‌دهد، حداكثر سرعتي برابر با 160 كيلومتر بر ساعت توليد مي‌كند و در كمتر از 16 ثانيه از صفر تا 100 كيلومتر در ساعت شتاب مي‌گيرد كه در حالتي كاملا بي‌صداست.
در مسابقات ماراتن تابستان سال 2004، هيدروژن 3 اوپل توانست بدون هيچ مشكلي 9 هزار و 696 كيلومتر را در 14 كشور مختلف اروپايي طي كند. در آوريل سال 2005 نيز اين خودرو توانست جايزه مسابقات رالي مونت كارلو را براي وسايل نقليه داراي پيل سوختي از آن خود كند.
شركت خودروسازي اوپل اكنون در حال گسترش تكنولوژي آزمايشهاي پيل سوختي با همكاري شركت سوئدي ايكيا مي‌باشد. وسايل نقليه پيل سوختي هيدروژن 3 كه عاري از آلاينده‌هاي زيست محيطي مي‌باشد از اوايل
تابستان سال گذشته تحويل كالاها به مشتريان ايكيا را در برلين آغاز كرده است. سوخت اين وسايل نقليه با هيدروژن مايع تامين مي‌شود.
آزمايشهاي اين خودروها تحت نظارت پروژه همكاري انرژي پاك دولت آلمان انجام مي‌شود كه عملكرد انرژي 17 خودرو با سوخت هيدروژني را تحت شرايط خاص آزمايش مي‌كند.
بزرگترين جايگاه سوخت گاز هيدروژني جهان در پاييز سال 2004 در پايتخت آلمان آغاز به كار كرد و قرار است علاوه بر گاز هيدروژن و هيدروژن مايع، بنزين و گازوئيل نيز به مردم ارايه كند.
سكوئل جنرال موتورز
خودروي سكوئل جنرال موتورز محصولي است كه تمامي نتايج تحقيقات فشرده كه طي چند سال اخير از سوي بزرگترين خودروساز جهان انجام شده است را در بر دارد؛ پروژه‌اي كه جنرال موتورز بيش از يك ميليارد دلار در آن سرمايه‌گذاري كرده است. اين خودرو جادار به گونه‌اي طراحي شده است كه كمترين آلايندگي محيط زيست را دارد. در اين خودرو سه منبع با فشار بالا تعبيه شده است كه موقعيت آنها در ميانه شاسي باعث بهبود مركز ثقل خودرو مي‌شود. اين خودروها كه از اصلاحات فني بسيار زيادي نيز بهره‌مند مي‌باشند منحصر به فرد هستند.
خودروي سكوئل جنرال موتورز به دليل افزايش 25 درصدي نيرو توسط تكنولوژي جديد مي‌تواند سرعت صفر تا 100 كيلومتر را در كمتر از 10 ثانيه به دست آورد.
اجزاي پيل سوختي شامل توده پيل سوختي، دستگاه فرعي هيدروژن و فرآوري هوا، سيستم خنك كننده و سيستم توزيع ولتاژ بالا مي‌باشد.
آلودگی هوا چیست؟
آلودگى هوا به معناى مخلوط شدن هوا با گازها،قطرات و ذراتى است كه كيفيت هوا را كاهش مى‌دهند
در شهرها، ماشين‌ها و اتوبوس‌ها، هواپيماها و نيز صنايع و ساختمان‌سازى ممكن است باعث آلودگى هوا شوند.
در خارج از شهرها غبار حاصل از شخم زدن زمين به وسيله تراكتورها، ماشين‌ها و كاميون‌هايى كه در
جاده‌هاى شنى يا خاكى مى‌رانند، ريزش كوه و دود حاصل از آتش سوزى بيشه‌ها و مزارع باعث آلودگی‌هوا
می‌شود.
يك عامل مهم ديگر آلودگى هوا در اغلب شهرهاى بزرگ گاز ازن در سطح زمين است. ازن در سطح زمين
هنگامی تشکیل می‌شود كه گازهاى آلاينده حاصل از اتومبیل‌ها و ساير وسائلى كه سوخت مصرف مى‌‌کنند با
نور خورشيد واكنش مى‌کند؛ در نتیجه گاز ازنی به وجود میآید كه براى انسان سمى است.
اين گاز ازن در شرايط ساكن بودن هوا، درخشندگى نور خورشيد و آب‌وهوای گرم بیشتر به وجود میآید. اين
ازن در سطح زمين را نبايدبا "ازن خوب" كه كيلومترها بالاتر در قسمت فوقانى جو زمين قرار دارد و اشعه
ماوراء بنفش مضر خورشيد را جذب می‌کند اشتباه گرفت.
اگزوز اتومبيل در شهرها آلاینده‌های متعددى را از خود خارج مى‌کند از جمله مونوکسیدکربن، دی اكسيد
نيتروژن، دى‌اکسید گوگرد، ذرات معلق از جمله ذرات كوچكتر ١٠ ميكرومتر،بنزن، فرمالدئيد، هيدروكربن‌های
چندحلقه‌ای.
آلودگى هوا چه علائمى در فرد ايجاد مى‌کند؟
آلودگی هوا می‌تواند باعث تحريك چشم و گلو و ریه‌ها شود. سوزش چشم سرفه و احساس سنگينى در سينه در
هنگام قرار گرفتن در معرض آلودگى شديد شايع است.
افراد مختلف واکنش‌های متفاوتى به آلودگى هوا نشان می‌دهند.برخى ممكن است از احساس سنگينى در قفسه
سينه و سرفه شديداً ناراحت باشند و برخى ديگر ممكن است هيچ واكنشى نشان ندهند و متوجه آلودگى هوا نباشند.
با توجه به اينكه ورزش و فعاليت جسمى نياز به تنفس سريع‌تر و عمیق‌تر دارد، ممكن است باعث تشديد علائم
فوق شود. بيمارانى كه مبتلا به بيمارى قلبى مانند آنژين صدری، بيمارى هاى ريوى مانند آسم یا آمفيزم هستند،
معمولاً حساسيت بيشترى به آلودگى هوا دارند و زود تر از ديگران متوجه آن مى‌شوند.
تاثير آلودگى هوا بر سلامتی
خوشبختانه در اغلب افراد سالم با برطرف شدن آلودگى هوا علائم ناشى از آن هم برطرف مى‌شود. اما برخى
افراد حساسيت بيشترى به اثرات آلودگى هوا نشان دهند.
ریه‌هاى كودكان ممكن است با ميزان كمتر آلودگى هوا احساس ناراحتى كنند. كودكان در مناطق داراى هواى
آلوده بيشتر دچار برونشيت و گوش‌درد مى شوند.
مبتلايان به بيمارى قلبى يا ريوى با شدت بيشترى به هواى آلوده واكنش نشان مى‌دهند.اين افراد در طول دوره
آلودگى شديد هوا بايد فعاليت‌هاى خود را در بيرون خانه محدود كنند و مراقبت‌هاى پزشكى بيشترى را
خواستار شوند.
به غير از مرگ و ميرهاى ناشى از آلودگى بسيار شديد هوا در كوتاه مدت، هر روز بيشتر و بيشتر مشخص
می‌شود كه آلودگى هوا به مقدار كم در درازمدت می‌تواند اثرات زيان‌‌آوری بر روی انسان‌ها داشته باشد.
{خطرات آلودگی هوا}
خودروسازان جهان به دنبال ماشین‌های پاک‌تر
بزرگترین شرکت‌های خودروسازی جهان، جنرال موتوروز و تویوتا، می‌گویند مسیرهای متفاوتی را برای تولید
وسائل نقلیه پاک‌تر برگزیده‌اند، اما موافق هستند که راه واحدی برای این کار وجود ندارد.
در حالیکه یکی از بزرگترین نمایشگاه‌های اتومبیل جهان در فرانکفورت آغاز به کار کرده است، شرکت تویوتا
"درحال تحقیق بیشتر در مورد سوخت‌های زیستی ؛ و همچنین تحقیق بر روی پیل‌های سوختی هستند که از
هیدروژن برای تولید برق استفاده کنند."
تویوتا سابقه 10 ساله تجربه دراین زمینه را با ماشین هیبرید "پریوس"دارد که یک موتور بنزینی و یک موتور
الکتریک را با هم ترکیب می‌کند و از پیشگامان این حوزه به حساب میآید.
در مقابل جنرال موتورز ماشین‌هایی که از بنزین مخلوط‌‌شده با الکل به عنوان سوخت استفاده می‌کنند، یا به
اصطلاح ماشین‌های دارای قابلیت E-85 را ساخته است، اما هر دوی این شرکت‌ها اکنون سخت در حال کار
کردن بر روی تکنولوژی‌های متعددی در این زمینه هستند و گزینه‌های‌شان را در نمایشگاه فرانکفورت عرضه
کرده‌اند.
سوخت‌های جایگزین باید نقش مهم‌تری را به همراه الکتریسته ایفا کنند، زیرا تولید برق دست کم در خارج
ماشین نسبتا ارزان است.
الکل اتانول به عنوان سوخت برای آنچه ماشین‌های با موتور انعطاف‌پذیر خوانده می‌شود، مورد استفاده قرار
می‌گیرد که می‌توانند آمیزه‌های حاوی تا حداکثر 85 درصد اتانول را بسوزانند و برای همین عنوان E-85 را به
آنها می‌دهند. این موتورها بسیار شبیه موتورهای بنزینی هستند.
برزیل در حال حاضر بزرگنرین تولیدکننده اتانول است و تکنولوژی موتورهای انعطاف‌پذیر به سرعت در آنجا
در حال گسترش است. جنرال موتورز تا سال 2012 پنجاه درصد تولیدات ماشین این شرکت در آمریکا توانایی
E-85 را خواهند داشت.
مقامات تویوتا می‌گویند اکنون زمان ساختن ماشین‌هایی مناسب برای یک مکان در یک زمان مناسب است و
آنچه برای یک بازار مناسب است، ممکن است لزوما برای بازار دیگر مناسب نباشد.
و یک چالش مهم مسئله قیمت است. بر اساس برخی از تخمین‌ها، تکنولوژی "ماشین پاک" تا حدود 2000 یورو
به قیمت یک ماشین بنزینی می‌افزاید.
یک چالش دیگر استانداردهای کمیسیون اروپایی است که بر مبنای آن تا سال 2012 خروجی گاز دی‌اکسیدکربن
ماشین‌ها باید به 130 گرم در هر 100 کیلومتر برسد، هدفی که کارخانه‌‌های ماشین‌سازی تحقق آن را بسیار
مشکل می‌دانند.
با این حال تویوتا و سایر اعضای انجمن خودورسازان ژاپنی قصد دارند تا سال 2009 به طور داوطلبانه این
مقدار را به 140 گرم برسانند.
خودروهايي از جنس آب
يخ‌هاي قطبي در حال آب شدنند و زمين هر روز گرمتر مي‌شود. آلودگي محيط‌زيست به شدت در حال افزايش و
منابع انرژي فسيلي دنيا در حال تمام شدن است.
از طرفي قيمت نفت هر روز بيش از گذشته افزايش مي‌يابد ولي جالب‌تر آنكه تقاضاي خودرو نيز سالانه در
جهان رو به افزايش است به گونه‌اي كه توليد خودرو به عدد سالانه70 ميليون دستگاه نزديك مي‌شود.
با اين وجود، خودرو اين موجود آهنين از متهمان اصلي گرم شدن زمين است و اين سؤال مطرح مي‌شود كه
چگونه مي‌توان به معادله چندمجهولي سوخت آينده كه بتواند تمام اين مشكلات را حل كند پاسخ مناسبي داد و كليد
حل تمام اين مشكلات چيست.
هيدوژن، پاسخي براي آينده
هيدروژن، يكي از فراوان‌ترين عناصر در طبيعت است. سوختن هيدروژن با انرژي زياد، تنها خروجي آب را
در پي دارد؛ پس آيا هيدروژن مي‌تواند تمام مشكلات گذشته را حل كند؟ البته تكنولوژي چنين موتوري بسيار
پيچيده‌تر است و در حال حاضر، تاسيسات سوخت‌رساني چنين خودرويي نيز بسيار گران‌قيمت هستند، ولي
هم‌اكنون دو راه براي استفاده از هيدروژن در خودروها پيشنهاد شده است كه يكي استفاده از پيل سوختي و
ديگري استفاده از موتورهاي درون‌سوز هيدروژني است.
پيل سوختي، روش خودروسازان آمريكايي
استفاده از پيل سوختي در بسياري از خودروسازان به صورت آزمايشي آغاز شده است اما استفاده از آن در
آمريكا گستردگي بيشتري دارد چرا كه كاخ سفيد به خوردسازانش (فورد، جنرال موتورز، كرايسلر) كه معروف
به سه تفنگدار هستند، دستور داده است با تمام توان روي سوخت جايگزين و استفاده از هيدروژن كار كنند.
برهمين اساس شركت جنرال موتورز تا سال 2010 اولين مدلهاي تجاري اين خودرو را وارد بازار خواهد كرد.
خودروهاي پيل سوختي در واحد پيل خود از واكنش هيدروژن و اكسيژن، برق توليد مي‌كنند و از برق توليدي
نيز براي به حركت درآوردن چهار الكتروموتور استفاده مي‌شود كه خروجي سيستم نيز به دليل اينكه واكنش
اكسيژن و هيدروژن سبب به وجود آمدن آب مي‌شود، تنها آب است.
در بعضي موارد نيروي محركه خودرو از يك باتري يو‌ليتيوم تامين مي‌شود كه شارژ آن توسط مولد پيل سوختي
انجام مي‌شود. سوخت مولد پيل سوختي هم يا از تبديل گاز طبيعي به هيدروژن تامين مي‌شود يا با تجزيه آب در
ايستگاه‌هاي سوخت‌رساني تهيه و به خودرو تزريق مي‌شود.
موتورهاي درون‌سوز هيدروژني بي.ام.و راهي ديگر
مهندسان بي.ام.و كه در جهان اتومبيل به مهندسان تكنولوژي معروف هستند، روياي سوخت هيدروژني را به
واقعيت نزديك كرده‌اند اما اين خودروساز برخلاف روش خودروسازان آمريكايي روش ديگري را انتخاب كرده
و هيدروژن را مانند بنزين در موتورهاي پيستوني كه شباهت بسياري به موتورهاي بنزيني كنوني دارد، تزريق
مي‌كند.
متخصصان اين شركت هم‌اكنون مدل سري هفت خود را به موتور احتراق داخلي با سوخت هيدروژني مجهز
كرده‌اند و در گام بعدي، خودرويي را با شكل مسابقه‌اي به موتور هيدروژني تبديل كرده‌اند.
مهندسان بي.ام.و هيدروژني را با موتور H2R ساخته‌اند كه با آرايش خورجيني و با 12سيلندر و به كارگيري
سوخت هيدروژن، 285 اسب بخار قدرت توليد مي‌كند.
خودرو جديد بي.ام.و در آخرين ركوردگيري توانسته ركورد 302 كيلومتر بر ساعت را به دست آورد.حال
بي.ام.و قصد دارد براساس تجربيات به دست آمده در مدل H2R، خودرويي بسازد كه توانايي كاركرد با
هيدروژن و بنزين را داشته باشد.
سوخت خطرناك
سوخت هيدروژن همان اندازه كه پاك است، خطرناك نيز هست و به همان اندازه ذخيره آن پيچيده است. به همين
دليل، مهندسان بي.ام.و براي ساخت يك خودرو هيدروژني با سد بزرگي روبه‌رو بوده‌اند.
در خودرو H2R بيش از 11كيلوگرم هيدروژن مايع در يك مخزن عايق‌بندي شده ذخيره مي‌شود. در مجموع
براي حفظ ايمني ساخت در تمام شرايط، سه عدد سوپاپ مخصوص روي مخزن سوخت قرار گرفته است.
اما به هر حال حفظ ايمني اين مخزن پيچيده است و هنوز بزرگترين سؤال براي افكار عمومي در استفاده از اين
خودروها به غير از تكنولوژي پيچيده موتور و چگونگي ذخيره سازي مناسب، ايمني اين خودروهاست زيرا در
صورت انفجار مخزن اين خودروها، به راحتي محله‌اي به هوا خواهد رفت.
آينده منتظر هيدروژن
استفاده از سوخت‌هاي فسيلي احتمالاً در 50 سال آينده، اندك اندك كنار گذاشته خواهد شد.
براساس پيش‌بيني‌هاي انجام شده توسط مراكز تحقيقات موتور آلمان تا سال2020 به آرامي خودروهاي هيبريدي
كه تركيبي از خودروهاي برقي و بنزيني است، جايگزين خودروهاي كنوني مي‌شود و از سال 2020 استفاده از
موتورهاي هيدروژني، جايگزين موتورهاي قديمي خواهد شد البته هنوز راه درازي تا آن سال‌ها باقي مانده است
ولي در صورت موفقيت مهندسان، مشكل انرژي و آلودگي حل خواهد شد؛ چرا كه نتيجه سوختن هيدروژن با
اكسيژن تنها آب است، اما هنوز راه زيادي باقي است.
شايد بعيد به نظر برسد؛ عنصر هيدروژن كه به گفته بسياري از دانشمندان دومين عنصر طبيعت از نظر فراواني
است، به سختي تهيه و سخت‌تر از آن ذخيره مي‌شود. حال بايد ديد دانشمندان چگونه از هيدروژن استفاده مي‌كنند
و چگونه كليد استفاده از معدن هيدروژن در خودروها پيدا خواهد شد.
آیا هیدروژن سوخت ایده‌آل ماشین‌هاست؟
افراد بسیاری از ساخت ماشین‌های دارای سلول‌های سوختی هیدروژنی که محیط زیست را آلوده نمی‌کنند، حمایت
می‌کنند.
همه آنها توان بالقوه این سلول‌های سوخت هیدروژنی را که تنها حاصل احتراق درآنها اندکی آب است،
می‌ستایند.
اما در این میان مشکلی وجود دارد. گرچه هیدروژن در واقع فراوان‌ترین عنصر در جهان است، نمی‌توان به
سادگی از آن به عنوان سوخت استفاده کرد، زیرا هیدروژن محکم به سایر عناصر به صورت مولکول‌های
ترکیبی چسبیده است.
هیدروژن خالص اغلب با کاربرد حرارت بالا (که مقدار زیادی انرژی باید صرف آن کرد( بر گاز طبیعی (یعنی
یک سوخت فسیلی) و گاهی با حرارت دادن بنزین یا زغال‌‌سنگ ( که باز هم سوخت‌های فسیلی هستند) به دست
میآید.
از این بدتر اینکه در این فرآیند دی‌اکسیدکربن آزاد می‌شود که خود یک گاز گلخا نه ای است.
استفاده از سوخت هیدروژن در وسایل نقلیه و تولید برق افزایش می یابد
صدها ماشین با سوخت هیدروژنی در جاده های دنیا حرکت می کنند و درخواست برای آن رو به افزایش
است.
واشنگتن – هیدروژن به عنوان منبع سوخت و انرژی– بیشترین عنصری که در کره زمین یافت می شود– آغاز به
حرکت از مباحث علمی تخیلی و تحقیقات پایه به دنیای کارگاه ها، فرودگاه ها، برج های تلفن همراه و بزرگراه ها
نموده است.
هیدروژن از با قابلیت ترین منابع انرژی تجدید شونده است – یک سوخت جهانی که می تواند در یک وسیله نقلیه
بسوزد و یا در سیستم سلول سوخت ساختمان و منازل، مجتمع های تولید برق و هر چیز دیگری که برق مصرف
می کنند، تلفیق گردد.
کارآئی سوخت هیدروژن، هنگامی که در یک موتور می سوزد، 30 درصد بیشتر از سوخت بنزین است. وقتی
سلول سوخت برای تولید نیرو در یک وسیله نقلیه به کار می رود، سلول سوخت 200-100 در صد بیش از بنزین
کارآئی دارد. موتورهائی که با سوخت هیدروژن کار می کنند، گاز کربن دو اکسید متصاعد نمی کنند و آب پاکیزه
تنها تولید جانبی سلول های سوختی است.
در یک سلول سوخت، هیدروژن به جای آنکه سوخت باشد یک حامل انرژی است. حامل انرژی یک ماده و یا
سیستمی است که انرژی را به شکل قابل استفاده از یک مکان به مکانی دیگر حرکت می دهد. برق، یکی از
بهترین حامل های انرژی شناخته شده است که انرژی ذخیره شده در زغال سنگ، اورانیم و دیگر منابع را به
نیروگاه ها منتقل می کند و از آنجا نیروی تبدیل شده به منازل و واحدهای فعالیتی انتقال می یابد.
