آشنایی با فناوری سلول سوختی هیدروژنی تویوتا

هیدروژن یکی از عناصر جهان است که با پردازش آن نیز هیچ ماده خطرناکی از جمله کربن به محیط منتشر نمی‌شود. در گذشته نیز ‌هیدروژن به عنوان یک منبع سوخت پرکاربرد برای وسایل نقلیه موتوری شناخته می‌شد. ساخت اصول‌ اولیه فناوری سلول سوختی هیدروژنی چندین سال به طول می‌انجامد. ناسا نیز در گذشته از این سیستم برای تامین انرژی فناوری محصور در فضا استفاده کرد.

شورولت Electrovan اولین خودرو با سیستم سلول سوختی هیدروژن بود. سپس جنرال موتورز در سال 1966، نمونه‌ای از یک محصول هیدروژنی را تولید کرد. البته با هزینه بالا، دیگر کمپانی قادر به ادامه ساخت نمونه‌های دیگری از آن نبود.

پس از آن، تویوتا به بازی آمد تا محصولات قدرتمندی در این رده تولید کند. این شرکت سال‌هاست که روی سیستم سلول سوختی هیدروژنی کار می‌کند و حالا می‌خواهد با خلاقیت بالای خود، آن را در محصولات متنوعی نیز به کار ببرد. بنابراین بیایید در ادامه به سراغ بررسی سیستم سلول سوختی هیدروژنی تویوتا برویم و مشخصات آن را باهم بخوانیم.

فناوری سلول سوختی هیدروژنی تویوتا چیست و چگونه کار می‌کند؟

همه چیز از سال ۱۹۹۲ آغاز شد. تویوتا تاکنون بیش از ۳۰ سال است که روی سیستم فناوری سلول سوختی کار می‌کند. این کمپانی قصد دارد در آینده از این فناوری در خودروهای آینده خود استفاده کند.

 در سال 1995، او از اولین خودروی الکتریکی با سلول سوختی یا FHEV رونمایی کرد. البته چند نمونه از این خودروها در سال 2005 در ژاپن و ایالت متحده عرضه شدند. سه سال بعد، این خودروها ارتقا یافته و به برد 830 کیلومتر دست یافتند.

این مطلب را نیز بخوانید: نگاهی به تاریخچه پیکاپ‌های محبوب تویوتا

کمی بعد، تویوتا میرای با همین سیستم برای فروش در بازارهای جهانی حضور یافت و به فروش عمده رسید. سیستم هیدروژنی تویوتا می‌‌تواند در خودروها بسیار کاربردی باشد و به این زودی‌ها متوقف نخواهد شد.

غشا تبادل پروتون در سلول سوختی هیدروژنی

سلول‌های سوختی فناوری پیچیده‌ای هستند و غشاهای تبادل پروتون نیز می‌توانند مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن را به آب تبدیل کنند. پس از آن، انرژی الکتریکی حاصل از این فرآیند توسط این غشا جذب می‌شود. به دلیل دوام بالای این غشا در دمای سرد، می‌توان به راحتی از آن در دمای زیر 20 درجه سانتیگراد استفاده کرد. بنابراین، استفاده از آن‌ها در وسایل نقلیه جاده‌ای و ژنراتورهای مناطق سردسیر کاملا کاربردی خواهد بود.

این نوع از غشا به جز آب هیچ نوع ماده دیگری منتشر نمی‌کند. پس به راحتی می‌توان از آن در خودروهای مختلف استفاده کرد. پیل‌های سوختی هیدروژنی می‌توانند سرما را تحمل کنند و در عین حال قدرت بالایی داشته باشند، پس بدون شک با بکارگیری آن شاهد یک خودرو هیدروژنی بسیار ایده‌آل و قدرتمند خواهیم بود.

مدیریت آب در سلول سوختی هیدروژنی تویوتا

یکی از عیب‌هایی که سیستم سوخت هیدروژنی دارد، مدیریت آب است. چرا که یک سیستم خشک نمی‌تواند به راحتی برق تولید کند و امکان خسارت به دستگاه وجود دارد. از سویی دیگر، یک سیستم بسیار خیس نیز نمی‌تواند به آسانی اکسیژن را وارد دستگاه کند. برای همین ساخت دستگاهی با مدیریت آب ضرورت دارد.

اکثر سیستم‌های سوختی تا سال ۲۰۱۴ از یک سیستم مدیریت آب استفاده می‌کردند. سپس تویوتا برای حل این مشکل از یک شبکه متخلخل استفاده کرد تا مشکل مدیریت آب سیستم سوختی هیدروژنی را حل کند. این امر علاوه بر اینکه باعث شد تعداد قطعات در سیستم کاهش پیدا کند، اکسیژن بیشتری را به داخل می‌فرستد و در عین حال به مدیریت آب نیز می‌پردازد. با حل این مشکل، تویوتا میرای به یکی از مناسب‌ترین گزینه‌های موجود در جاده با سیستم هیدروژنی تبدیل شد.

استفاده از فناوری سلول سوختی فراتر از صنعت خودروسازی

تویوتا به همه ما نشان داد که فناوری سلول سوختی هیدروژنی به عنوان سیستم جدید در خودروهای آینده به کار خواهد رفت، ولی استفاده از آن تنها به مصارف خودرویی ختم نخواهد شد. چرا که سیستم سوختی هیدروژنی برق تولید می‌کند و می‌تواند در صنعت‌های بی‌شماری استفاده شود. بنابراین انتظار می‌رود که از این انرژی پاک در ساختمان‌ها نیز استفاده شود.

خوب است بدانید که تویوتا توانسته با این فناوری برج ایفل را نیز نورانی کند. ژنراتورهای H2 موجود در آن می‌تواند برق برج را تامین کنند. قایق Energy Observer مجهز به این فناوری موفق شد جهان را دور بزند و به چنین رکوردی دست یابد.

البته قطارهای هیدروژنی نیز توسط تویوتا ساخته شده‌اند. بنابراین سیستم سلول سوختی هیدروژنی تویوتا نه تنها در خودروها بلکه به دریا، راه آهن و دیگر اماکن نیز راه یافته است. پس هرچه جلوتر رویم، بیشتر با این فناوری و کاربردهایش آشنا خواهیم شد.

عرضه تراک‌های هیدروژنی توسط تویوتا

تویوتا علاوه بر استفاده از این فناوری در خودروها، از آن در تراک‌های بزرگتر نیز استفاده کرده است.‌ هیدروژن می‌تواند در آینده خودروسازی جهان نقش مهمی را ایفا کند. کمپانی‌های PACCAR و تویوتا در قرارداد جدیدی شریک شدند تا کامیون‌های هیدروژنی بسازند. بنابراین انتظار داریم که در آینده کامیون Kenworth و Peterbilt با سلول‌های سوختی هیدروژنی در دسترس افراد قرار گیرند.

آزمایشات مختلفی روی این محصولات انجام شده و با نتیجه موفقیت آمیزشان، پیش‌بینی می‌شود که این تراک‌ها در سال ۲۰۲۴ به برخی از نقاط جهان عرضه شوند. با این تصمیم انتشار گازهای گلخانه‌ای به شدت کم خواهد شد و در آینده شاهد استفاده از فناوری هیدروژنی در صنعت تجاری نیز خواهیم بود.

همکاری FuelCell Energy و تویوتا برای ساخت مرکز تولید هیدروژن

تویوتا با شرکت FuelCell Energy همکاری می‌کند تا مرکزی اختصاصی برای ساخت هیدروژن را در ایالات متحده تاسیس کند. برق پاک می‌تواند به طور سالیانه برق بیش از 200000 وسیله نقلیه تویوتا را تامین کند. این فناوری با کاهش انتشار کربن، از انتشار نزدیک به ۹ هزار تن کربن دی‌اکسید جلوگیری می‌کند.

با ساخت این مرکز، می‌‌توان روزانه 1200 گالن هیدروژن مایع و 1400 گالن آب تمیز تولید کرد. بنابراین در آینده شاهد گسترش این فناوری و تامین نیازهای آب و برق بسیار از صنعت‌ها خواهیم بود.

امنیت بالای فناوری سلول سوختی هیدروژنی

بسیاری از افراد گمان می‌کنند که فناوری سلول سوخت هیدروژنی سیستمی خطرناک است ولی این فناوری نه تنها وحشتناک نیست بلکه یکی از ایمن‌ترین فناوری‌های جدید به شمار می‌رود. تویوتا میرای با این سیستم تست‌های زیادی را پشت سر گذاشت. البته لازم به ذکر است که تویوتا برای محافظت از موتور، از فیبر کربن و فیبر شیشه‌ای دو پوسته استفاده کرد.

حتی در صورت بروز نشتی نیز سنسورهای پیشرفته در این بخش به کار رفتند تا با توقف فرایند الکتریکی از انفجار و احتراق جلوگیری کنند. با تمام این‌ها، سیستم هیدروژنی در بین گزینه‌های ایمن سوختی قرار می‌گیرند. از سویی دیگر، هیدروژن سبک‌ترین عنصر در کیهان است در نتیجه نمی‌تواند مانند بنزین روی زمین قرار گیرد و موجب آتش‌سوزی شود.

این مطلب را نیز بخوانید: مقایسه 2 غول از تویوتا؛ تاکوما 2024 TRD پرو در برابر TRD آفرود

استفاده از زیرساخت‌های آشنا در سلول‌های سوختی هیدروژنی

یکی از بزرگترین موانعی که بر سر راه مهندسان برای ساخت سلول‌های سوختی هیدروژنی قرار گرفته است زیرساخت‌های شارژ خواهد بود. از سوی دیگر هیدروژن مانند بنزین و یا دیگر موارد خیلی در دسترس نیست، ولی هیدروژن مایع می‌تواند مانند بنزین انتقال آسان‌تری نیز به همراه داشته باشد. بنابراین انتظار می‌رود که از همان پمپ سوخت‌رسانی در جایگاه بنزین استفاده شود.

گذشت یک دهه از عرضه خودروهای هیدروژنی تویوتا به بازار

تویوتا میرای یکی از خودروهای هیدروژنی تویوتا است که در سال ۲۰۱۴ رونمایی و دو سال بعد به بازار آمد. با گذشت یک دهه از ورود آن به جاده‌ها، همچنان آمار فروش این خودرو بسیار بالاست و تویوتا تاکنون بیش از 21000 نمونه از آن را فروخته است. نسخه دوم آن در سال ۲۰۲۰ به بازار آمد. هر دوی این خودروها از قابلیت عملکرد عالی برخوردارند و کیفیت بالایی دارند.

برنامه‌های آینده تویوتا برای سیستم هیدروژنی

تویوتا برنامه‌های زیادی برای سیستم هیدروژنی خود دارد و ادعا کرده که آینده‌ای بدون کربن را تا سال ۲۰۵۰ در صنعت خودروسازی به وجود آورد. امیدواریم که در آینده شاهد روزهای خوب و عاری از هر کربنی در صنعت خودرویی باشیم.