آیا آینده متعلق به خودروهای برقی است؟

آیا آینده متعلق به خودروهای برقی است؟

بسیاری باور دارند که خودروهای برقی در آینده، بازار خودروها را به خود اختصاص خواهند داد، این در حالی است که بررسی‌های اقتصادی و علمی چیزی خلاف آن را نشان می‌دهد.

به گزارش پایگاه خبری اسب بخار، در سال ۲۰۲۱ کنگره ایالات متحده یک طرح ۷.۵ میلیارد دلاری تحت نظر دولت بایدن برای ساخت هزاران ایستگاه جدید شارژ خودروهای برقی در سراسر این کشور تصویب کرد. اما تا کنون کمتر از ۱۰ ایستگاه در واقعیت ساخته شده‌اند.

در سه سال پس از تصویب این لایحه، شور و اشتیاق برای خودروهای برقی به شدت کاهش یافته است. کشورها شروع به لغو ممنوعیت استفاده از موتورهای احتراق داخلی کرده‌اند، برخی از دارندگان خودروهای برقی به بنزین روی آورده‌اند، و خودروسازانی مانند جنرال موتورز و فورد (دو مورد از بزرگترین تولیدکنندگان خودروهای برقی در ایالات متحده) پول بیشتری را برای خودروهای هیبریدی و پلاگین هیبریدی اختصاص می‌دهند.

حتما بخوانید: ترامپ، مخالف جدید خودروهای برقی ؛ افزایش قیمت برقی ها در آمریکا

مشکل این است که موتورهای بنزین‌سوز همچنان گازهای گلخانه‌ای منتشر می‌کنند در حالی که زمین روز به روز گرمتر می‌شود. اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده  می‌گوید به احتمال ۶۰ درصد سال ۲۰۲۴ گرم‌ترین سال تاریخ خواهد بود و ۱۰۰ درصد احتمال دارد که در رتبه پنجم گرمترین سال جهان قرار گیرد.

با این اوضاع راهکار چیست؟

راهکار احتمالا در تمام مدت پیش چشم ما بوده است: هیدروژن. اگرچه در طول تاریخ مورد استقبال قرار نگرفته است، اما هیدروژن بیش از یک قرن است که به وسایل نقلیه نیرو می‌دهد. مخترع بلژیکی اتین لونوار اولین «هیپوموبیل» با موتور هیدروژنی را در سال ۱۸۶۰ ساخت.

نگرانی‌های زیست محیطی در دهه ۱۹۷۰ منجر شد که برای نخستین بار خودروسازان مدرن این فناوری را در وسایل نقلیه خود به کار بگیرند و در دهه ۱۹۸۰ به کاربردهای نظامی نیز گسترش یافت. اما هیدروژن در دهه ۱۹۹۰ در ایالات متحده به حاشیه رفت و در اوایل دهه ۲۰۰۰ تقریبا منسوخ شد.

تا سال ۲۰۰۸ بود که هوندا و تویوتا به‌ترتیب مدل‌های FCHV و Clarity خود را توسعه دادند که اولین خودروهای هیدروژنی در دسترس مصرف‌کنندگان در مقیاس بودند. امروز، این دو شرکت هنوز هم نسبت به این فناوری خوش‌بین هستند در حالی که جنرال موتورز، هیوندای و حتی فراری، همگی به تدریج و با اما و اگر در حال ورود به این عرصه هستند.

مشکل این است: چگونه از هیدروژن در مقیاس بالا بهره‌مند شویم؟

تولید هیدروژن در مقیاس انبوه مطمئنا به سادگی چرخاندن یک سوئیچ نیست. نخست و مهمتر از همه، به مقدار زیادی پول نقد نیاز است. جنرال موتورز ۳۵ میلیارد دلار برای توسعه پیل سوختی هیدروژنی، خودروهای برقی و توسعه مستقل تا سال ۲۰۲۵ اختصاص داد که ۸۵ میلیون دلار از طریق سرمایه‌گذاری مشترک هوندا به دست خواهد آمد. این همکاری شامل یک مرکز توسعه سلول سوختی به مساحت ۶۵۰۰ متر مربع در میشیگان است که بخشی از این پول برای توسعه پلتفرم خودروهای برقی التیوم صرف می‌شود که در حال حاضر زیربنای خودروهای برقی شورلت و هوندا پرولوگ است.

برای مصرف کنندگان، تنها هوندا CR-V e:FCEV (اولین شاسی‌بلند هیدروژنی مدرن این شرکت) گواهی بر این سرمایه‌گذاری عظیم در تحقیقات هیدروژن است. این خودرو اواخر سال جاری در کالیفرنیا به فروش خواهد رسید. هوندا قصد دارد سالانه حدود ۳۰۰ دستگاه از آن بفروشد، زیرا بازار خودروهای هیدروژنی محدود است. و این شرکت ۱۵ هزار دلار از هزینه سوخت‌گیری آن را پوشش می‌دهد تا افراد بیشتری را جذب کند. اما واقعیت این است که این مورد در حال حاضر اولویت اصلی هوندا نیست.

کریس مارتین، سرپرست گروه روابط عمومی فنی، ایمنی و نظارتی هوندا می‌گوید: «رک و پوست کنده بگویم، فعالیت اصلی ما در بخش هیدروژن در حال حاضر FCEV نیست. این بیشتر در مورد رشد اقتصاد هیدروژن به صورت کلی است. و در نهایت، ما بعدا FCEV را به عنوان بخش بزرگ‌تری از حمل‌ونقل شخصی خواهیم دید، اما باید اقتصاد هیدروژن را تا جایی رشد دهیم که بتواند از مصرف‌کنندگان و رانندگان عادی حمایت کند.»

این اقتصاد هیدروژنی از جنبه تجاری شروع می‌شود. در کنار CR-V هیدروژنی، هوندا اخیرا یک تریلی جدید کلاس ۸ با موتور هیدروژنی را معرفی کرده است که می تواند تا ۶۴۰ کیلومتر را با یک مخزن پر طی کند. این چیزی است که هوندا امیدوار است به عنوان اولین وسیله نقلیه هیدروژنی تجاری محسوب شود.

مارتین اضافه کرد: «استراتژی گسترده‌تر ما حرکت به سوی تجهیزات سنگین است. باتری برقی لزوما راه حل عالی برای تجهیزات ساختمانی، تجهیزات معدن، یا کامیون های کلاس ۸ که حمل و نقل در مسافت های طولانی را انجام می دهند نیست. این نوع چیزها در حال حاضر عمدتا با موتور دیزلی کار می‌کنند، که همچنین انتشار ذرات معلق دارد.»

مارتین خاطرنشان کرد که صنایعی که به دیزل متکی هستند، اهداف شرکتی برای کاهش انتشار کربن و گازهای گلخانه‌ای دارند. هیدروژن راه حلی را ارائه می‌دهد که این صنایع به دنبال آن هستند. هوندا معتقد است هنگامی که هیدروژن در سطح صنعتی تثبیت شود، این فناوری به مصرف کنندگان نیز خواهد رسید.

مارتین گفت: «زمانی که این اتفاق می‌افتد، زمانی که تولید هیدروژن در سطح ملی وجود دارد، آنگاه امکان تولید FCEV در مقیاس مقرون‌به‌صرفه وجود خواهد داشت. و اگر منطقی فکر کنیم، طیف وسیع تری از وسایل نقلیه پیل سوختی در اختیار مصرف کنندگان قرار خواهند گرفت.»

با این حال هنوز موانع زیادی برای رسیدن به این نقطه وجود دارند.

منبع یکی از بزرگترین مشکلات است. استخراج هیدروژن دقیقا یک فرآیند پاک نیست (حداقل هنوز اینگونه نیست). تا سال ۲۰۲۱، بیش از نیمی از کل تولید هیدروژن در ایالات متحده از طریق گاز طبیعی و زغال سنگ انجام می‌شد. انرژی اضافی از منابع خورشیدی و بادی می‌تواند به مهار این چالش‌های مربوط به مصرف‌کنندگان کمک کند، به طوری که آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر پیشنهاد می‌کند که می‌توان سالانه ۱ میلیارد تن هیدروژن با استفاده از منابع تجدیدپذیر تولید کرد. اما برای تولید این نوع هیدروژن پاک در مقیاس انبوه هنوز سال‌ها زمان نیاز است.

تقسیم آب به مولکول های هیدروژن و اکسیژن نیز بسیار انرژی‌بر است. حدود ۶۰ درصد از انرژی مورد استفاده در فرآیند الکترولیز هدر می‌رود. همچنین بسیاری استدلال می کنند که استفاده از برق به عنوان واسطه‌ای برای تولید هیدروژن اتلاف انرژی است (به معنای واقعی کلمه) زمانی که خود وسایل نقلیه برقی باتری‌دار وجود دارند.

این فرایند همچنین بسیار گران است. برآوردها نشان می دهد که تولید هیدروژن ۱۲ دلار در هر کیلوگرم هزینه دارد، در حالی که این رقم برای سوخت های فسیلی حدود ۱.۷ دلار به ازای هر کیلوگرم و برق تجدیدپذیر ۸ دلار است. و این در نهایت منجر به قیمت‌های بالاتر برای مصرف‌کننده نهایی خواهد شد.

هزینه های هیدروژن در اوایل امسال به ۳۶ دلار در هر کیلوگرم افزایش یافت. این بدان معناست که پر کردن مخزن ۵.۶ کیلوگرمی تویوتا میرای بیش از ۲۰۰ دلار هزینه دارد؛ با برد تخمینی ۴۰۲ مایل (۶۴۵ کیلومتر)، رانندگی با میرای حدود نیم دلار در هر مایل هزینه دارد. هیبریدهای سنتی مانند تویوتا پریوس از ۰.۱۵ تا ۰.۱۸ دلار در هر مایل (بسته به قیمت سوخت) هزینه دارند و تسلا مدل ۳ فقط حدود ۰.۱۰ دلار در هر مایل هزینه دارد. به طور طبیعی، مصرف کنندگان با روی آوردن به هیدروژن هیچ کاهشی در هزینه خود نمی‌بینند.

ساخت ایستگاه های هیدروژن نیز ارزان نیست. کمیسیون انرژی ایالت کالیفرنیا قیمت تمام شده را حداقل ۶.۵ میلیون دلار برای هر ایستگاه سوخت رسانی هیدروژنی اعلام کرده است. اعداد و ارقام بسته به اینکه از چه کسی بپرسید بسیار متفاوت است، اما زمانی که هزینه یک ایستگاه شارژ خودروهای برقی تقریبا ۱۱۰ هزار دلار است، هیدروژن همچنان یک سرمایه‌گذاری عظیم محسوب می‌شود.

در حال حاضر، تنها ۵۳ جایگاه سوخت هیدروژن برای مصرف کنندگان در ایالات متحده وجود دارد (۵۲ ایستگاه در کالیفرنیا و یک ایستگاه در هاوایی). در کانادا نیز تعداد انگشت شماری وجود دارند. ابرشرکت نفتی شل اخیرا هفت ایستگاه سوخت‌رسانی هیدروژن خود برای خودروهای سبک را در کالیفرنیا با استناد به «پیچیدگی عرضه هیدروژن و سایر عوامل بازار خارجی» تعطیل کرده است. احتمالا می‌توانید «عوامل بازار خارجی» را به عنوان عدم تقاضای کافی تعبیر کنید. کمتر از ۳ هزار خودروی هیدروژنی در کل ایالات متحده در سال ۲۰۲۳ فروخته شد.

مارتین می‌گوید این یک نمونه کلاسیک از مسئله مرغ و تخم‌مرغ است. آیا ایستگاه های هیدروژن بیشتر منجر به اتومبیل‌های هیدروژنی بیشتر می شود؟ یا برعکس است؟ پاسخ نامشخص است.

مارتین می‌افزاید: «ما سعی کرده‌ایم قدم‌های اولیه خودروهای FCEV را برداریم و سپس به زیرساخت‌های سوخت‌گیری و تامین هیدروژن بپردازیم. متاسفانه این امر در گسترش استقبال از این خودروها و ایجاد زیرساخت سوخت‌گیری بزرگ‌تر کارساز نبوده است.»

سپس نگرانی های ایمنی مربوط به رانندگی با پیل سوختی هیدروژنی در زیر کاپوت رانندگان وجود دارد. کنسرسیوم داخلی ایمنی، سلامت و محیط زیست می گوید: «خطر شوک الکتریکی در خودروهای پیل سوختی بسیار زیاد است و این نگرانی درباره اشتعال سوخت منجر به ایجاد حساسیت در طراحی وسیله نقلیه می شود». به زبان ساده: خودروهای هیدروژنی باید ایمن‌تر از خودروهای بنزین‌سوز ساخته شوند.

هوندا این نگرانی‌های ایمنی را جدی می‌گیرد. پیل سوختی نسل چهارم این شرکت قوی‌تر و مقاوم‌تر در برابر فرسایش است. پوسته آلومینیومی در فیبر کربن پیچیده شده است و به جای لاستیک سیلیکون، هوندا اکنون از دو صفحه فلزی با استحکام بالا استفاده می‌کند که دقیقا برای افزایش دوام ساخته شده‌اند و در عین حال اجازه می‌دهند مایع خنک‌کننده بین آنها جریان یابد.

مارتین می‌گوید: «ما سال‌ها وسایل نقلیه اینچنینی در بازار داشتیم و من باور نمی‌کنم که تا به حال مصرف‌کنندگان تجربه آتش‌سوزی داشته باشند. بنابراین ما می‌دانیم که در این زمینه چه کاری انجام می‌دهیم. مخازن بسیار خوب طراحی شده‌اند و در برابر تصادف بسیار محافظت می‌شوند.»

این سطح از مهندسی ویژه و ساخت دقیق نیاز به یک فرآیند ساخت به همان اندازه خاص دارد. شاسی‌بلند هیدروژنی e:FCEV در کنار CR-V های دیگر، در مرکز تولید عملکرد هوندا (PMC) در اوهایو، جایی که هوندا ابرخودروی NSX خود را تولید کرد، ساخته می‌شوند.

در این مرکز، هوندا می‌تواند اقدامات دشوار و رادیکالی را برای اطمینان از ایمنی و دوام پیل سوختی انجام دهد.

مارتین خاطرنشان می‌کند: «این یک مرکز مناسب برای ساخت این نوع وسیله نقلیه ویژه است که به کمی دقت بیشتر نیاز دارد. برای ما بسیار مهم است که هر کدام از اینها را به درستی تولید کنیم.»

با فرض اینکه بتوان بر این موانع به ظاهر غیرممکن غلبه کرد، مزایای مصرف کننده آنقدر زیاد است که نمی‌توان آنها را نادیده گرفت.

پر کردن مخزن یک خودروی هیدروژنی در پمپ پنج دقیقه طول می‌کشد، تقریبا همان زمان توقف برای سوخت معمولی. حتی سریع‌ترین خودروهای برقی این روزها حدود ۲۰ دقیقه زمان نیاز دارند تا شارژ شوند. تنها چیزی که از لوله های اگزوز خودروهای هیدروژنی خارج می‌شود بخار آب است. و بسیاری از پیل‌های سوختی هیدروژنی مدرن به ندرت تحت تاثیر گرما و سرمای شدید قرار می‌گیرند. شرکت ب‌ام‌و می گوید iX5 آن به هیچ عنوان تحت تاثیر شرایط آب و هوایی قرار نمی‌گیرد.

این پر کردن پنج دقیقه‌ای می‌تواند شما را ۳۰۰ مایل (۴۸۲ کیلومتر) با یک منبع سوخت کاملا پاک جابجا کند. با فرض برداشتن گام های صحیح برای اطمینان از ایمنی و در دسترس بودن، تقریبا هیچ نقطه ضعفی وجود ندارد.

مارتین می‌گوید: «ما می‌خواهیم به مصرف‌کنندگان چیزهایی بدهیم که برای آنها مفید هستند. اما در عین حال، ما این اهداف بزرگ کاهش کربن را در دستور کار داریم. بنابراین، اگر می‌خواستیم فقط بر روی میزان فروش تمرکز کنیم، هرگز در تمام این تحقیقات آینده سرمایه‌گذاری نمی‌کردیم. اما ما به طولانی‌مدت فکر می‌کنیم و این بسیار منطقی است. هیدروژن آنقدر مطمئن به نظر می‌رسد که آن را بر روی میز بگذاریم.»

در حیطه دولت، در حالی که بیشتر تیترها بر روی فشار شدید دولت بایدن برای استفاده از خودروهای برقی متمرکز است (که تا کنون اندک حاصلی داشته است)،  دولت ایالات متحده بی سر و صدا بر روی فناوری حمل و نقل هیدروژن در پس‌زمینه کار می‌کند.

فقط در ماه مارس امسال، وزارت انرژی ۷۵۰ میلیون دلار به ۵۲ پروژه هیدروژنی در سراسر ایالات متحده تحت «لایحه دوحزبی زیرساخت» اختصاص داد. این پول صرف بهبود فناوری‌های الکترولیز، کاهش هزینه‌ها و کمک به تولید هیدروژن می‌شود. همچنین این فرآیند باید ۱۵۰۰ شغل جدید ایجاد کند، به ویژه در مناطقی که تحت تاثیر کاهش مشاغل مرتبط با انرژی مانند آپالاشیا و دشت های بزرگ قرار دارند.

جنبه بزرگ این سرمایه‌گذاری شامل تعریف دقیق چگونگی تولید هیدروژن در ایالات متحده است. هنوز طرح کلی واضحی وجود ندارد، اما وزارت انرژی یک تعریف عمیق‌تر در وب‌سایت خود ارائه کرد که برخی از نقشه‌های اولیه مربوط به هیدروژن پاک را برای تاسیسات جدید نشان می‌دهد. این طرح همچنین شامل اعطای حداکثر ۱۰ سال اعتبار از بخش مالیات برای تاسیسات قدیمی‌تر است که مایل به گذار به انرژی های تجدیدپذیر هستند.

با این حال، مانند هوندا، بخش عمده‌ای از تولید هیدروژن (حداقل در ابتدا) برای خودروهای سبک نیست. هیدروژن باید ابتدا در حمل و نقل مورد استفاده قرار بگیرد مانند تریلی، کشتی های باری، هواپیماهای باری، و غیره. ایده این است که وقتی هیدروژن برای حمل و نقل تثبیت شد، می‌تواند (در تئوری) برای استفاده مصرف کننده نیز قابل استفاده باشد.

اما این ما را به ابتدای داستان باز می‌گرداند.

سرمایه گذاری ۷۵۰ میلیون دلاری در تولید هیدروژن پاک از نظر تئوری عالی است، اما باید عملی شود. همانطور که در طرح ۷.۵ میلیارد دلاری دولت بایدن برای خودروهای برقی دیدیم، به ندرت در لایحه‌ای که بیش از سه سال از تصویبش می‌گذرد، حرکتی صورت می‌گیرد. در صورت بازگشت دونالد ترامپ که قصد دارد بسیاری از راهکارهای پیشنهادی دولت بایدن برای انرژی پاک را لغو کند، ممکن است این لایحه در ماه نوامبر به طور کامل ملغی شود.

البته، هنوز موانع زیادی وجود دارند که باید پیش از اینکه هیدروژن به منبع انرژی قابل دوام تبدیل شود، از میان برداشته شوند؛ مانند اثرات زیست محیطی، کمبود جایگاه های سوخت‌رسانی، هزینه ها، نگرانی‌های ایمنی و مقررات دولتی. اما همانطور که تغییر بازار به سمت خودروهای برقی ثابت شد، این نیز غیرممکن نیست.

اولین نیسان لیف در سال ۲۰۱۰ شروع به تولید کرد، در حالی که اکثر شرکت‌های شارژ تنها در ۱۵ سال گذشته ظاهر شده بودند. در مدت زمان نسبتا کوتاهی، شاهد افزایش خودروهای برقی به سطحی بودیم که زمانی غیر قابل تصور بود. آنها هنوز تنها حدود ۱۶ درصد از کل سهم بازار را تشکیل می‌دهند، اما اگر این را با سال ۲۰۱۰ مقایسه کنید، زمانی که این رقم فقط ۰.۰۱ درصد بود، متوجه می‌شوید که چه راه بزرگی طی شده است.

با فرض اینکه در دهه آینده به همان اندازه که در برقی‌سازی سرمایه‌گذاری شده است، در هیدروژن سرمایه‌گذاری بشود (از نظر مالی و زیست محیطی) یک شانس بسیار واقعی وجود دارد که خودروهای هیدروژنی در ۱۵ سال آینده تبدیل به یک کالا با تولید انبوه شوند. مزایای آن مانند سوخت‌گیری آسان، برد مناسب و تاثیر کم یا صفر بر محیط زیست، حتی برای مشتریانی که از خودروهای برقی بیزار هستند، استفاده از آنها را آسان‌تر می‌کند.

هیدروژن می‌تواند کار کند، در صورتی که ما بخواهیم با آن کار کنیم.

خودرو برقی خودرو هیبرید خودرو هیدروژنی