تلاش برای جایگزینی آب به جای بنزین

بی‌شک با گذشت زمان و پیشرفت فناوری، موتورهای درون‌سوز بتدریج بازنشسته می‌شوند و موتورهای الکتریکی و هیبریدی به عنوان گزینه‌ای مناسب مورد توجه شرکت‌های بزرگ خودروسازی در سراسر دنیا قرار می‌گیرند.

کد خبر: ۷۹۲۴۰۶

البته رسیدن به چنین هدفی مستلزم عبور از مسیری پرفراز و نشیب است. هزینه انرژی در دنیا روز‌به‌روز در حال افزایش است و از این‌رو استفاده از سوخت‌های جایگزین بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. در بسیاری از کشور‌ها از جمله ایالات متحده آمریکا استفاده از منابع سوختی جایگزین مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این تصمیم این است که دیگر برای تامین انرژی در بخش حمل و نقل به سوخت بنزین وابسته نباشند. از این رو در کشورهایی مانند آمریکا برنامه‌هایی برای رسیدن به این هدف در نظر گرفته شده است. بر اساس این برنامه‌ها قرار است تا سال 2025 میلادی، یعنی تا کمتر از ده سال دیگر 75 درصد از بنزین مصرفی در حوزه حمل و نقل از منابع سوختی جایگزین تامین شود.

سوخت جایگزین

سوالی که مطرح می‌شود این است که کدام سوخت جایگزین از استانداردهای یک سوخت مناسب برخوردار است؟ در میان سوخت‌هایی که به عنوان جایگزین سوخت‌های فسیلی مطرح شده‌اند منابع متعددی وجود دارد که می‌تواند به عنوان یک منبع سوخت استاندارد مورد توجه قرار گیرد. محققان با جدیت در تلاش هستند چالش‌های پیش روی هریک از منابع سوختی را که از توانایی‌های بالقوه به عنوان یک منبع جایگزین برای سوخت‌های فسیلی برخوردار است از میان بردارند. برای مثال اتانول سلولزی به عنوان یک منبع مناسب معرفی شده است؛ اما فرآیند تخمیر آن از گیاهانی مانند گیاهان علفی بسیار گران‌قیمت و پرهزینه است. الکتریسیته می‌تواند منبعی برای تامین نیروی موردنیاز خودروها باشد، اما خودروهای هیبریدی همچنان علاوه بر نیروی الکتریکی به گاز هم به عنوان یک منبع مکمل نیاز دارند. یکی از محدودیت‌های خودروهای الکتریکی این است که پس از طی مسافتی چند صد کیلومتری برای شارژ مجدد باتری، باید خودرو را به منبع تامین شارژ الکتریکی متصل کرد. این در حالی است که بخش قابل توجهی از انرژی الکتریکی مصرفی در خودروهای الکتریکی در نیروگاه‌هایی تولید می‌شود که عملکرد آنها بر مصرف زغال‌سنگ یا گاز طبیعی مبتنی است که به نوبه خود می‌تواند در افزایش میزان انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی نقش بسیار مهمی داشته باشد. بنابراین به نظر می‌رسد بهترین راهکار برای کاهش وابستگی به مصرف بنزین به عنوان سوخت مصرفی در اغلب خودروها، استفاده از ترکیبی از سوخت‌های جایگزین باشد. هیدروژن می‌تواند در کاهش وابستگی حوزه حمل و نقل به مصرف بنزین نقش اصلی را بر عهده داشته باشد. هیدروژن ساده‌ترین و سبک‌ترین عنصری است که بشر تاکنون شناخته و یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد این عنصر برخورداری از بازده انرژی بالاست. اکنون محققان توانسته‌اند به فناوری‌ای دست یابند که با استفاده از آن می‌توان در خودرو‌ها به جای بنزین از هیدروژن استفاده کرد. بنابراین شاید دور از انتظار نباشد که بتوان در خودرو‌ها به جای بنزین از آب به عنوان منبع انرژی استفاده کرد.

آب به جای سوخت خودرو

شاید باور نکنید، اما می‌توان در خودروها به جای سوخت از آب استفاده کرد! حتی برای تبدیل خودروهای بنزین‌سوز به خودروهای آب‌سوز کیت‌هایی نیز طراحی و ساخته شده است. در بسیاری از پایگاه‌های اینترنتی دستورالعمل‌هایی برای تبدیل یک خودروی بنزین‌سوز به خودروی مجهز به پیل سوختی هیدروژنی پیشنهاد شده است که بر اساس آن می‌توانید با استفاده از ابزارهایی که به راحتی از هر ابزارفروشی قابل تهیه است، یک خودروی معمولی را به یک خودروی هیدروژنی تبدیل کنید. فرآیند تبدیل آب به سوخت مبنای علمی دارد و به عبارتی از نظر علمی تائید شده است؛ اما این که استفاده از آب به جای بنزین تا چه اندازه می‌تواند در بهبود عملکرد خودرو تاثیرگذار باشد موضوعی است که محققان درباره آن تردید دارند. کیت‌هایی که از آنها برای تبدیل خودروهای بنزین‌سوز به خودروهای آب سوز می‌توان استفاده کرد بر مبنای مفهوم مطرح شده از سوی دکتر Yul Brown طراحی شده‌اند. این محقق عملکرد این کیت‌ها را براساس فرآیند الکترولیز آب و به عبارتی جداسازی اجزای تشکیل‌دهنده مولکول‌های آب طراحی کرده است. یک مولکول آب از دو مولکول هیدروژن و یک مولکول اکسیژن تشکیل شده است. این ترکیب که تحت عنوان گاز Brown از آن نام برده می‌شود، می‌سوزد و انرژی حاصل از آن را می‌توان برای تامین انرژی موردنیاز برای به حرکت در آوردن خودرو مورد استفاده قرار داد. این سوخت به مقدار آب کمی نیاز دارد و می‌تواند مکمل سوخت مصرفی در خودرو باشد.

محدودیت‌ها و موانع

بنابراین از نظر علمی استفاده از آب به عنوان منبع انرژی امکان‌پذیر است؛ اما ممکن است از نظربازده انرژی به‌صرفه نباشد. استفاده از کیت‌های تبدیل آب به انرژی در خودرو با مشکل نسبت انرژی خالص منفی همراه است و این ویژگی موجب می‌شود استفاده از این منبع جایگزین مانند بسیاری از دیگر منابعی که به عنوان جایگزین سوخت‌های فسیلی مطرح شده‌اند از نظر بازده انرژی مورد توجه نباشد. به عبارت دیگر مقدار انرژی حاصل از الکترولیز آب کمتر از مقدار انرژی است که در این فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال اگر برای الکترولیز آب و تجزیه یک مولکول آب به اکسیژن و هیدروژن به یک گالن گازوئیل نیاز داشته باشید بازده انرژی حاصل از آن معادل انرژی نصف گالن گازوئیل خواهد بود. اگر بخواهیم درباره انرژی صحبت کنیم و این موضوع را از دیدگاه بازده انرژی بررسی کنیم به این نتیجه می‌رسیم که بهتر است به جای استفاده از انرژی حاصل از تجزیه آب از انرژی همان یک گالن گازوئیلی استفاده کنیم که باید در فرآیند الکترولیز آب از آن استفاده شود.

استفاده از هیدروژن به عنوان منبع سوخت علاوه بر این پیامدهای جانبی دیگری نیز به همراه دارد که محققان صنعت خودروسازی هنوز برای حل آن به راهکار قطعی نرسیده‌اند. بررسی و مطالعات انجام شده روی هیدروژن به عنوان یک منبع سوخت حیاتی نشان می‌دهد استفاده از آن به عنوان سوخت مصرفی در خودرو‌ها می‌تواند به شکنندگی و شکستگی قطعات فلزی موتور خودرو منجر شود.

اما با وجود این حتی با در نظر گرفتن این پیامدها و تردید‌هایی که نسبت به عملکرد کیت‌های الکترولیز آب مصرفی در خودروها به عنوان سوخت مطرح شده است، محققان همچنان به دنبال راه‌هایی برای حل محدودیت ناشی از نسبت منفی انرژی خالص بهره‌برداری هیدروژن در وسایل نقلیه هستند. بعضی از شرکت‌های خودروسازی نوعی خودروهای برقی تولید کرده‌اند که عملکرد آنها بر هیدروژن ورودی به داخل یک مخزن گاز مبتنی است. اگر بتوان بدون نیاز به انرژی، هیدروژن را از آب جدا کرد، در این صورت شاید طراحی و ساخت خودروهایی که در آنها به جای بنزین از آب استفاده شود از نظر اقتصادی به‌صرفه باشد. گروهی از محققان امکان‌پذیر بودن این طرح را مورد بررسی قرار داده‌اند. آنها براساس مطالعات و تحقیقات انجام شده فرآیندی را شناسایی کرده‌اند که بر اساس آن می‌توان بدون مصرف انرژی یا با مصرف کمترین میزان انرژی، هیدروژن را از آب جداسازی کرد. با افزودن آب به نوعی فلز کامپوزیت یا به عبارتی آلیاژی که از آلومینیوم و گالیم ساخته شده است، مولکول آب به مولکول‌های عناصری که در ساختار آن به کار رفته است، تجزیه خواهد شد. این آلیاژ اکسیژن را به خود جذب می‌کند و به این ترتیب هیدروژن باقی می‌ماند. البته توسعه این فناوری به زمان نیاز دارد و مدت زمانی به طول می‌انجامد تا بتوانید از این فناوری در خودروهای آینده استفاده کنید. اکنون تنها راهکاری که برای استفاده از آب به جای سوخت در خودرو‌ها وجود دارد کیت‌هایی است که آب را الکترولیز کرده و اجزای سازنده مولکول‌های آب را از هم جدا می‌کند که استفاده از این کیت‌ها نیز از نظر مصرف انرژی به صرفه نخواهد بود.

از علم تا عمل

اگرچه عملی شدن ایده خودروهایی که با آب کار می‌کنند از نظر علمی امکان پذیر است، اما تبدیل شدن این ایده به واقعیت مستلزم عبور از موانع و محدودیت‌های متعددی است. خودروهایی که در آنها به جای بنزین از آب به عنوان سوخت استفاده می‌شود خودروهایی هستند که به نظر می‌رسد انرژی آنها به طور مستقیم از آب تامین می‌شود. تاکنون اختراعات بین‌المللی متعددی با عنوان خودروهای آب سوخت ثبت شده است و در بسیاری از روزنامه‌ها، مجلات علمی معروف و پرمخاطب و همچنین شبکه‌های تلویزیونی خبرهایی درباره جایگزینی سوخت خودروها با آب پوشش داده شده است. البته برخی محققان مطرح شدن این موضوع را به شبه علم نسبت داده‌اند و برخی دیگر نیز بر این باورند که چنین ایده‌هایی صرفا با هدف سرمایه‌گذاری مطرح می‌شود.

سازندگان این خودروها ادعا می‌کنند سوخت مصرفی این خودرو از آب تامین می‌شود و به هیچ منبع انرژی دیگری نیاز نیست. گاهی نیز ادعا می‌شود در این خودروها بخشی از انرژی موردنیاز برای به حرکت در آوردن خودرو از آب تامین می‌شود و بخش دیگر از همان منابع سوخت متداول مانند بنزین و گازوئیل تامین خواهد شد. در حقیقت آب هیدروژنی است که به طور کامل اکسید شده است. هیدروژن عنصری با انرژی بالا و قابل اشتعال است. اما با تشکیل آب بخش قابل توجهی از انرژی مفید آن آزاد خواهد شد. فرآیند الکترولیز آب و تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن به انرژی زیادی نیاز دارد. در حقیقت بخشی از فرآیند تبدیل آب به هیدروژن و سوزاندن هیدروژن از بین می‌رود. این بخش از انرژی به شکل انرژی گرمایی آزاد می‌شود. بر این اساس شاید استفاده از آب به عنوان منبع انرژی در خودرو‌ها چندان منطقی به نظر نرسد.