السيارات الهيدروجينية شرح وتحليل


(waterman) #1

السلام عليكم

الموضوع منقول لفائدتة

السعودية - م. صلاح حامد رمضان علي (المحاضر بالكلية التقنية في بريدة وعضو جمعية مهندسي السيارات الأمريكية SAE)

الفئات الرئيسية للموضوع سيارات المستقبل
أصدرت حديثاً ولاية كاليفورنيا الأمريكية (California Air Resources Board (CARB قرارها الجديد، بأنه لن تسمح بسير أي مركبة تُصدر أي نوع من أنواع تلوث هواء البيئة بعد عام 2003م الموافق 1423هـ. وإذا أرادت كبرى الشركات العالمية لصناعة السيارات بيع سياراتها في هذه الولاية الكبيرة فيتحتم عليهم أن يستجيبوا لهذا القرار.
لذا تجري الدراسات والبحوث حالياً في مختبرات الجامعات ومركز بحوث شركات السيارات المتخصصة حول العالم على قدم وساق لإنتاج سيارة صديقة للبيئة تعمل باستخدام غاز الهيدروجين (Hydrogen Gas H2). وهناك اتجاهان لهذه البحوث وهما:
*الاتجاه الأول: يتم لتطوير السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي بالبحث في قدرة خلية وقود الهيدروجين المشتق من الميثانول Methanol باعتباره يحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين ونسبه من الكربون منخفضة مما سيؤدي بالطبع إلى خفض انبعاث عادم غاز ثاني أكسيد الكربون Co2 إلى النصف عما هو مألوف في السيارات ذات وقود البنزين، كما أنه آمن عند نقله وتداوله. الشكل رقم «1» يوضح صورة لمحرك احتراق داخلي في طور التطوير بمختبر شركة فورد الأمريكية لإنتاج سيارة المستقبل الجديدة المقترح تسميتها بـ P2000 HFC. كما أسست شركة جنرال موتور الأمريكية مركزاً متخصصاً لهذا الغرض يسمى Global Alternative Propulsion Center(GSPC) للبحث في إنتاج سيارات هيدروجينية صغيرة وفان. الشكل رقم «2» يوضح صورة لمحرك احتراق داخلي في طور التطوير بمختبر شركة جنيرال موتورز الأمريكية لإنتاج سيارة المستقبل الجديدة.
أما الاتجاه الثاني: فهو السيارات ذات البطاريات الهيدروجينية أو بمعني أوضح السيارات ذات بطاريات وقود الهيدروجين (Hydrogen Buttery) أو بمعنى أدق السيارات ذات البطاريات الكهربائية باستخدام وقود الهيدروجين أو السيارات الكهربائية الجديدة New Electric Cars ذات بطاريات الوقود النظيفة.
وفعلاً اتفقت شركة ديميلر ـ كليزلر «الألمانية الأمريكية» وشركة السيارات الأمريكية فورد بالتعاون مع الشركة الكندية المصنعه لهذا النوع من البطاريات (Ballard Power Systems) لإجراء البحوث اللازمة التي تؤهلهم للبدء في إنتاج السيارات الجديدة ذات البطاريات الكهربائية باستخدام وقود الهيدروجين تحت اسم Necar4 كتصنيع تجاري مع بداية عام 2004م أي بعد حوالي أربع سنوات من الآن. كما اتفقت أيضاً المجموعة المشتركة بجنرال موتور/ أوبل مع شركة تويوتا بإجراء أبحاث متقدمة في نفس الاتجاه لتطوير وإنتاج سيارة المستقبل. أما شركة رينو الفرنسية بالتعاون مع خمس جهات معنية من شركات وجامعات فرنسية وإيطالية تبحث فى إنتاج السيارات الجديدة التي لم تحدد اسمها بعد وموضحة في الشكل رقم «3». أما شركة مرسيدس بنز للباصات الألمانية تبحث في إنتاج باصات ذات البطاريات الهيدروجينية تحت اسم NEBUS 04050N كما موضح في الشكل رقم «4».
لذا يتحتم علينا ضرورة معرفة كيفية عمل بطارية وقود الهيدروجين الكهربائية الجديدة: ترجع فكرة عمل البطارية الجديدة بعد أن تمكن العالم البريطاني/ وليام جروف في عام 1839م «1253هـ» من بناء أول نمط لمعمل عن طريق جمع سلاسل من ثنائيات القطب الكهربائي من البلاتين. وبعد قرن من الزمان وبالتحديد في عام 1935م «1353هـ» توصل البريطاني/ف. بايكون إلى إنتاج أول نموذج لبطارية من هذا النوع لتوليد قدرة كهربائية قدرها 1 كيلووات، مما أفاد كثيراً في التوصل لأول بطارية هيدروجينية تم استعمالها في أول سلسلة لمركبات الفضاء أبولو، واليوم وبعد أكثر من قرن ونصف تطورت هذه البطاريات كثيراً لتصبح صغيرة الحجم وبقدرة كهربائية فائقة تصل إلى 55 كيلووات، الشكل رقم «5» يوضح صورة للبطارية الجديدة لسيارة المستقبل موديل Necar4.وحيث إن البطارية الجديدة تحتاج إلى غازي الأكسوجين والهيدروجين، وعليه تأخذ غاز الأكسوجين من الهواء الجوي بينما تأخذ الهيدروجين السائل من أنبوبة كبيرة ذات عزل حراري جيد ومثبتة في شنطة السيارة. بوصول كل من الأكسوجين والهيدروجين ومع وجود عامل مساعد كشعلة لهب، يحترق الهيدروجين احتراقا بطيئا غير منفجر في البطارية فيتولد سائل قلوي منحل بالكهرباء وتحدث عملية تأكسد الهيدروجين التي تتم على القطب الموجب للبطارية، فيحترق أيونات الهيدروكسيد (HO) الموجودة في السائل القلوي، فيتحرر عدد من الإليكترونات ويسمح بتشكيل جزيئات من الماء (H2O). وتحرر الإليكترونات هو بالطبع تغير الإلكترونات لمكانها وهذا هو التيار الكهربائي المتولد بين القطبين السالب والموجب داخل البطارية. وعليه تقوم البطارية بدورها في تزويد موتور السيارة بالقدرة الكهربائية اللازمة لتشغيلها.
وتتميز سيارات المستقبل هذه عن بقية السيارات الكهربائية التي باتت معروفة حالياً في بعض مدن الدول الأوروبية، بالتالي:
1ـ الطاقة الكهربائية المتولدة عالية مما ستصل سرعتها إلى 145 كيلومتراً لكل ساعة أي 90 ميلاً لكل ساعة.
2ـ عدم الاحتياج لبطاريات عديدة لتخزين الطاقة الكهربائية اللازمة مما سيجعلها أقل وزناً وأكثر تعجيلاً وتبسيط بعض أجهزتها الكهربائية.
3ـ عدم الاحتياج للتوقف كل فترة لشحن البطاريات التقليدية والتي أمكن الاستغناء عنها مما يجعلها تستخدم للسير في مسافات طويلة حيث تكفي الأنبوبة الواحدة لمسافة تصل إلى 450 كيلومتراً. وهذا السبب هام جداً بالنسبة لمدن المملكة.
4ـ كما أنها غير ملوثة للبيئة بالمرة وناتج العادم ماء فقط وخال من أي غازات ضارة طبقاً للـCARB والمقاييس المستقبلية لباقي العالم.
ولكي يكتمل نجاح هذا المشروع الطموح يلزم إجراء كافة التدابير اللازمة وفي مقدمتها الدراسات والبحوث حول:
1ـ بناء أنبوبة من مواد مركبة متقدمة Advanced Composite Materials بدلاً من الصلب بحيث تتحمل حتى ضغط 700 ضغط جوي (bar) وبالفعل جرت أبحاث علمية في هذا الموضوع تحت عنوان "Design and Performance of the Filament-wound Composite Pressure Vesselsس بالتعاون مع جامعة القاهرة ممثلة في قسم هندسة الإنتاج والتصميم الميكانيكي وجامعة ولاية كاليفورنيا بولي تكنيك الأمريكية.
2ـ اختيار الطريقة المثلى للحصول على الميثانول (CH3 OH) سواء يصنع من بقايا أشجار الغابات أو من النفط شريطة أن يكون نقياً جداً وخالياً من أي أثار للكبريت.
وهذا يثبت أن الطريق حتى الآن مازال طويلاً قبل أن تتوصل إلى قيادة سيارة اقتصادية وتفي بامتيازات السيارات التقليدية وتحافظ على البيئة نظيفة بالمرة .
ووفق الله الجميع
المصدر : عدد من المجلات العلمية المتخصصة ومن أبرزها
SAE, Automptive Engineering Magazine, November and December 99
الشكل رقم «1»: محرك احتراق داخلي يعمل باستخدام وقود الهيدروجين تحت الاختبار P2000 HFC, Ford.
الشكل رقم «2»: محرك احتراق داخلي يعمل باستخدام وقود الهيدروجين تحت الاختبار GM .
الشكل رقم «3»: سيارة المستقبل الجديدة Renault.
الشكل رقم «4»: باص المستقبل الجديد NEBUS 04050N, Mercedes-Benz.
الشكل رقم «5»: البطارية الجديدة لسيارة المستقبل Necar4, ford.
نشر في مجلة ( التدريب و التقنية ) العدد (16) بتاريخ (ربيع الأول 1421هـ ).

الرابط


(الطيار المنوفي) #2

بارك الله فيك