سمعنا كثيرا عن السيارات الكهربائية في السنوات القليلة الماضية عن السيارات الكهربائية، ولكن القليل منها تم إنتاجها ,والسيارة الكهربائية مزودة بمحركات كهربائية كبيرة الحجم وعدد كبير من البطاريات التي تعتبر مخزن للكهرباء، وتتميز بقدرتها العالية على التسارع والتشغيل الهادئ جدا. المشكلة الكبرى في السيارات الكهربائية تكمن في المسافة التي تتحركها السيارة دون أن تحتاج البطاريات إلى إعادة شحن وفي السطور القادمه سنلقي نظرة علي السيارة الكهربائية ومكوناتها والمميزات والعيوب وسيارات خلايا الوقود.
أحد المميزات الهامة بالسيارة الكهربائية هي عدم وجود عادم أو انبعاثات على الاطلاق حيث لا تستخدم الوقود السائل. ويمكن انتشار استخدام السيارات الكهربائية في المستقبل، ولكن ذلك يعتمد على تطوير واستحداث بطاريات يمكنها إطالة مسافة تشغيل السيارة.
وتستخدم السيارة الكهربائية محركا كهربائيا يدار بواسطة الكهرباء المخزونة بالبطاريات. ويأخذ إعادة شحن البطاريات من ٨ إلى ١٠ ساعات، وتتراوح مسافة التشغيل المتوسطة مع الشحن التام للبطاريات من ٨٠ إلى ١١٢ كيلومتر قبل احتياج البطاريات إلى الشحن.
المكونات الرئيسة للسيارات الكهربائية هي ثلاث مكونات وهي المحرك الكهربائي وحدة التحكم ومجموعات البطارية، حيث يأخذ جهاز التحكم الطاقة من البطارية وويرسلها للمحرك الكهربائي الذي يقوم بدوره وهوتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية المستخدمه في تحريك السيارة . ولكن تعتبر البطاريات مشكله اساسية في السيارات الكهربائية لذا كان التوجه لخلايا الوقود.
خلية الوقود هي وسيلة لتحويل الوقود مباشرة إلى كهرباء، وتعتبر خلايا الوقود الحل الأمثل للمشاكل المتعلقة بالبطاريات في السيارات الكهربائية. وخلايا الوقود لا تقوم بتخزين الكهرباء، ولكنها تقوم بإنتاج الكهرباء حسب الحاجة لتشغيل المحرك الكهربائي الذي يحرك السيارة. والوقود المستخدم بخلايا الوقود هو الهيدروجين أو الميثانول أو البنزين، ويعتبر الهيدروجين الوقود الأكثر انتشارا في الاستخدام بخلايا الوقود.
وقد أعلنت الولايات المتحدة الأمريكية منذ عام ٢٠٠٣ م عن مبادرة وقود الهيدروجين التي أفصح عنها الرئيس الأمريكي في ذلك الوقت، وتم دعم المبادرة بإصدار تشريعات من خلال قانون سياسات الطاقة بأمريكا عامي ٢٠٠٥ م و ٢٠٠٦ م، والذي يهدف إلى إنتاج وتطوير الهيدروجين وخلايا الوقود والبنية التحتية اللازمة لتعبئة خلايا الوقود بالسيارات على غرار محطات تزويد سيارات الغاز الطبيعي بالوقود، وذلك لجعل سيارات خلايا الوقود سيارات عملية مع حلول العام ٢٠٢٠. وقد رصدت الحكومة مبالغ هائلة (تبلغ المليار دولار إلى الآن) لدعم البحوث التي تهدف إلى تطوير خلايا الوقود.
خلية الوقود هي وسيلة تحويل كهروكيميائية، وهي تقوم بتوليد الطاقة الكهربائية دون ضوضاء وبكفاءة عالية. تحول خلية الوقود المواد الكيميائية المتمثلة في الوقود (الهيدروجين) والأوكسجين إلى ماء وخلال عملية التحويل تقوم بتوليد الكهرباء.
خلية الوقود لا تستهلك كثيرا أثناء التشغيل كما في بطاريات السيارات؛ لأن بطاريات السيارات تخزن المواد الكيمائية بداخلها وهكذا تخزن الكهرباء أيضا، ولذلك تستهلك مع الزمن فتتم إعادة شحنها أو التخلص منها، مع خلية الوقود تتم تغذية الخلية بالمواد الكيميائية باستمرار، وبالتالي فهي لا تستهلك أبدا، وطالما أن هناك سريانا للمواد الكيميائية الداخلة إلى الخلية، فإنه يوجد سريان للكهرباء يخرج
منها. ومعظم خلايا الوقود المستخدمة حاليا تستخدم الهيدروجين والأوكسجين كمواد كيميائية.
تحتوي خلية الوقود، ، على قطبين: سالب وموجب (كاثود و أنود) كما في البطارية، وتتم تغذيتهما بالوقود والهواء خلال قنوات مقطوعة بالألواح، ويوجد بين القطبين طبقة رفيعة من محفز من البلاتين والذي يقوم بعمل الألكتروليت. يضخ وقود الهيدروجين إلى أحد جانبي خلية الوقود، والهواء إلى الجانب الآخر، وعند مرور الهيدروجين خلال مادة المحفز يتم تحلله وتحويله إلى إلكترونات وبروتونات (أيونات الهيدروجين) حرة، ومن ثم يسري تيار كهربائي بين الأنود ذي الشحنة السالبة والكاثود ذي الشحنة الموجبة. بينما تصبح الإلكترونات الحرة تيارا كهربائيا، تتحرك البروتونات إلى الكاثود وتتجمع مع الأوكسجين الموجود بالهواء الداخل فتولد بخار ماء وحرارة، وهو العادم الذي تصدره خلية الوقود.
من عيوب سيارات خلية الوقود المستخدمة للهيدروجين احتياجها لأحجام كبيرة لتخزين الوقود. الهيدروجين الغازي غير المضغوط فيصعب تخزينه، فهو يحتاج إلى حجم يعادل ٣٠٠٠ مرة الحجم المناظر لتخزين البنزين إذا ما كانت كمية الطاقة في النوعين واحدة. ولذلك فإن التخزين تحت ضغط عال يقلل من الحجم المطلوب ولكنه، يؤدي إلى مشاكل تتعلق بالسلامة.
وتخزين الميثانول وحفظه سهل مثل البنزين ويمكن استخدامه كمصدر للهيدروجين، الذي يستخدم عندئذ بخلايا الوقود لتوليد الكهرباء، ولبدء العملية الكيميائية لتوليد الكهرباء بخلية الوقود يخلط وقود الميثانول مع الماء ويمرر خلال معدل وقود. تنطلق خرج معدل الوقود (الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون) إلى الجانب السالب من خلية الوقود.
ولا تزال سيارات خلايا الوقود تحت الدراسة والبحث المكثف، ويحتاج الباحثون ومصنعوا السيارات إلى عمل الكثير قبل أن تصبح خلايا الوقود بديلا عمليا للوقود التقليدي، وينتظر لسيارات خلايا الوقود أن ترى النور خلال عقدين من الزمان. وهذه كانت نظرة بسيطه علي السيارات الكهربائية .
 |
| نظرة علي السيارات الكهربائية |
نظرة علي السيارات الكهربائية
مميزات وعيوب السيارات الكهربائية
أكبر عيوب السيارات الكهربائية هي مدى مسافة التشغيل، ويجدر الإشارة إلى أنه يجري في الوقت الحاضر عمل أبحاث مكثفة لزيادة مدى التشغيل من خلال تطوير أنواع جديدة من البطاريات للاستخدام بالسيارة الكهربائية.
- ارتفاع تكلفة استبدال البطاريات
- خطورة التعامل مع الجهد والتردد العالي من المحركات الكهربائية.
المكونات الأساسية في السيارة الكهربائية.
 |
المكونات الأساسية في السيارة الكهربائية.
|
سيارات خلايا الوقود Fuel Cell Vehicle
مميزات خلايا الوقود
منها. ومعظم خلايا الوقود المستخدمة حاليا تستخدم الهيدروجين والأوكسجين كمواد كيميائية.
كيف تعمل خليه الوقود
 |
| اساسيات عمل خلية الوقود |
تستخدم الكهرباء المتولدة من خلية الوقود في إدارة السيارة بواسطة المحرك الكهربائي، وعند الحاجة إلى طاقة أكبر من تلك المتولدة من خلية الوقود، تستخدم بطاريات لسحب التيار الكهربائي اللازم.
تتميز سيارة خلية الوقود بأن البطاريات يعاد شحنها بواسطة خلية الوقود ولا تحتاج إلى شحن من مصدر كهربائي خارجي مثل السيارات الكهربائية الأخرى، كما أن سيارة خلية الوقود لا تحتاج إلى عدد كبير من البطاريات وبالتالي وزنها أقل. كما أن خلية الوقود لا تصدر انبعاثات ملوثة للبيئة مثل سيارات الوقود السائل (البنزين، والديزل)، فهي في الحقيقة تولد ماء وحرارة فقط.
عيوب سيارات خلية الوقود
استخدام البنزين كوقود في خلايا الوقود
إن بعض أنظمة خلايا الوقود تستخدم البنزين كوقود، وفي هذه الأنظمة يتم تحويل البنزين إلى هيدروجين وذلك في أربع خطوات هي: - يبخر البنزين
- يحرق بخار البنزين والهواء لتوليد غاز اليدروجين وأول أكسيد الكربون.
- يتحد الهيدروجين وأول أكسيد الكربون مع بخار الماء في وجود محفز من أكسيد النحاس حيث يتفاعل مع أول أكسيد الكربون ليكون ثاني أكسيد الكربون وهيدروجين.
- يحقن هواء مضغوط في وجود محفز من البلاتين لتحويل أول أكسيد الكربون المتبقي إلى ثاني أكسيد الكربون. ويتجه غازالهيدروجين و ثاني أكسيد الكربون والمركبات الأخرى من البنزين إلى خلية الوقود لتتولد الطاقة الكهربائية.
وتقوم تلك البطاريات أيضا بتخزين الكهرباء أثناء التشغيل الحر للسيارة وأثناء الفرامل.
المصدر الرئيس للمقال هو المناهج التعليمية السعودية.