آیا واقعاً خودروی‌های الکتریکی بدون آلایندگی هستند؟

در این عصر و دوره خودروهای برقی مورد توجه عموم مردم قرار می‌گیرند. آن‌ها به سرعت در حال توسعه و نفوذ به بازار هستند. این کار به دلیل افزایش گازهای گلخانه‌ای در سراسر جهان به‌ویژه CO2 در حال انجام شدن است. بنابراین محققین به این نتیجه رسیده‌اند که خودروهای برقی ازنظر CO2/km از خودروهای بنزینی برتر هستند.

در حقیقت این خودروها از نیروی موتور الکتریکی استفاده می‌کنند که با نیروی مغناطیسی کار می‌کند. هیچ سوختی را نمی‌سوزاند. اما فاکتور مهم این است که آیا واقعاً خودروی‌های برقی بدون آلایندگی هستند؟

تا جایی که به خودروهای برقی مربوط می‌شود پاسخ دادن به این سؤال پیچیده است زیرا باید عوامل مختلفی در نظر گرفته شود. در تحقیقات انجام شده توسط تویوتا به این سؤال پاسخ منفی می‌دهد. اما بسیاری از تولیدکنندگان بر این باورند که خودروهای برقی مفید هستند و آن‌ها شروع کرده‌اند تا کاملاً الکتریکی بشوند.

در ابتدا بسیار مهم است که پیشرانه الکتریکی را خوب بشناسید. اساساً در خودرو دو بخش مهم وجود دارد موتور و منبع انرژی. در خودروهای الکتریکی یک موتور با RMF (میدان مغناطیسی دوار) وجود دارد.

در واحد پایه مقداری سیم وجود دارد که با الکتریسیته تبدیل به مغناطیس می‌شوند. زمانی که آهنربا شدند دو قطب S و N ایجاد می‌شوند این سیم‌ها به‌طور پیوسته همدیگر را دفع می‌کنند که باعث ایجاد دورانی می‌شوند که قبلاً به‌عنوان RMF معرفی شد. این دوران به چرخ‌ها منتقل می‌شود. دومین قطعه منبع انرژی است. برای تأمین انرژی یک بسته باتری متشکل از انواع مختلف سلول، وجود دارد. این باتری‌ها شارژ می‌شوند همان‌طوری که در خودروی بنزینی با پر کردن باک سوخت انجام می‌شود. هنگامی‌که باتری‌ها به‌طور کامل شارژ می‌شوند به مبدل AC/DC انتقال می‌یابند. در حقیقت قدرت باتری از نوع DC است که باید تبدیل به جریان AC بشود. این توضیح ساده از پیشرانه الکتریکی بود که هیچ سوختی را نمی‌سوزاند.

آلایندگی تولید شده توسط فرایند توسعه باتری و موتور الکتریکی بیشتر از توسعه موتور IC (احتراق درون‌سوز). این امر به‌طور مستقیم نشان نمی‌دهد که پروسه ساخت موتور احتراق درون‌سوز از الکتریکی آسان‌تر است. بلکه پیچیده‌تر و دربرگیرنده انواع گسترده‌ای از جنبه‌هاست. در صنعت انواع مختلفی از باتری‌ها وجود دارد، امّا سه نوع مختلف در صنعت خودرو استفاده می‌شود. باتری سرب اسیدی، NiMH یا (Nickle Metal Hydride) و Li-ion (لیتیوم-یونی).

باتری سرب اسید

این باتری زودتر از باتری‌های دیگر اختراع شد. همان‌طور که نامش نشان می‌دهد بخش اصلی این باتری سرب (Pb) است. باتری سرب اسید متشکل از صفحات سرب متصل به پایانه منفی و سرب دی اکسید (PbO2) متصل به پایانه مثبت است. این صفحات در آب و سولفوریک اسید (H2SO4) الکترولیت غوطه‌ور می‌شوند.

باتری NiMH

نیکل متال هایدرید بعد از باتری سرب اسید اختراع شده است. و به خودروهای الکتریکی و هیبرید در سال ۲۰۰۱ معرفی شد توسط خودروهایی همچون تویوتا پریوس و هوندا اینسایت.

الکترود مثبت شامل نیکل اکسی هیدروکسید و NiOOH و الکترود منفی ماده‌ای است که هیدروژنی با نام هیدرید فلز ذخیره می‌کند. هیدرید فلزی یک ساختار فلزی است که می‌تواند اتم‌های هیدروژن تشکیل دهنده M+xH(MH) جذب کند. الکترولیت محلول آبی هیدروکسیدهای فلزی مثل KOH, LiOH, و NaOH است. در طول شارژ الکترون‌های اضافی داخل آلیاژ متال هایدرید فشرده می‌شود. عدم تعادل بار، اتم‌های هیدروژن را از الکترولیت داخل متال هایدرید جذب می‌کند تا تشکیل MH بدهد. سپس الکترولیت، هیدروژن خود را از Ni(OH)2 به دست می‌آورد تا Ni(OH)2 را تبدیل به Niooh بکند.

Battery	Specific power	Specific energy	Power density	Energy density
NiMH	۱۳۰۰ W/kg	۴۶ W-hr/kg	۲۲۰۰ W/L	۸۰ W-hr/L

دو واکنش بالا مربوط به شارژ باتری است

دو واکنش بالا مربوط به تخلیه باتری است.

باتری لیتیوم یونی

بیشترین باتری که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد باتری لیتیومی است. این باتری دارای برتری نسبت به دو باتری دیگر است به دلیل عملکرد عالی و رنج حرکتی خوب است. خانواده یون لیتیوم یک گروه وسیعی از آند و کاتد را نشان می‌دهد. که در آن بین دو الکترود جابجا می‌شود. طرح شیمی کبالت اکسید توسط Dr.Goodenough اختراع و ثبت شد.

تا آنجا که به باتری‌ها مربوط می‌شود، مواد مورد استفاده برای انجام واکنش‌ها بسیار پیچیده است. تمام فرآیند تولید باتری آلایندگی بیشتری نسبت به توسعه پیشرانه‌های سوختی دارد به دلیل این امر که موتورهای درون‌سوز نیاز به سیستم ذخیره انرژی پیچیده ندارد بلکه نیاز به باک سوخت ساده دارند. حتی برخی مواد استفاده شده در خود موتور الکتریکی بدون-آلایندگی نیستند. آن‌ها باید مقاوم در برابر گرما و الکتریسیته باشند. علاوه بر آلایندگی انرژی مصرف شده در فرآیند ساخت پیشرانه‌های الکتریکی نیز از موتورهای درون‌سوز بیشتراست. با این حال پیشرانه سوختی در برابر الکتریکی پیچیده‌تر است.

به‌علاوه مبدل AC/DC برای تغییر جریان DC به جریان AC استفاده می‌شود. خودروهایی که ما در برخی شرایط استفاده می‌کنیم قدیمی، آلوده و در شرایط خوبی نیستند. که حذف این خودروها یا تغییر در ساختار افزون‌تر به محیط زیست کمک می‌کند تا انجام شدن این مرحله در جهان نیاز به خرید یک خودروی الکتریکی جدید نیست. قیمت یک پک بزرگ باتری زیاد است. برای مثال یک خودروی برقی ساده در حدود ۳۵ تا ۴۰ هزار پوند هزینه دارد درحالی‌که اتومبیل‌های بنزینی ارزان‌تر در حدود ۲۵ تا ۳۰ هزار پوند قیمت دارند. این تصور غلط باید ریشه‌کن شود زیرا خودروهای برقی کربن خنثی نیستند و فقط مردم را فریب می‌دهند. بسیاری از تحقیقات نشان می‌دهد که میزان گازهای گلخانه‌ای تولید شده در پیشرانه بنزینی نسبت به کل فرآیند الکتریکی‌سازی کمتر است. دلیل دیگری که باید ذکر شود این است که خودروهای برقی نیاز به الکتریسیته دارد که از نیروگاه‌های سوخت فسیلی تأمین می‌شود. در ماشین‌های بنزینی با یک باز سوخت‌گیری باک حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ کیلومتر می‌توان شعاع حرکتی داشت. اما خودروهای برقی دارای رنج حرکتی کوتاهی هستند به زبان دیگر یعنی نیاز بیشتر به شارژ کردن خودرو و درنهایت نیاز بیشتر به الکتریسیته.

تنها یک راه حل وجود دارد که خودروهای برقی کاملاً خنثی نامیده بشوند و آن این است الکتریسیته مورد نیاز از منابع تجدید پذیر تولید شود مواد باتری‌ها ساده‌تر شوند. همه این‌ها زیرساخت‌های عظیمی می‌طلبند. همچنین ما می‌توانیم پیشرانه‌ها را هم SI وهم CI را تبدیل به آلایندگی کمتر کنیم. روش دیگر بحث سوخت است. سوخت‌های الکلی، دارای کربن کمتر و سوخت‌های سبز… بعضی از کمپانی‌ها در حال پژوهش در مورد این نوع سوخت‌های هستند مثل پورشه و کونیگزگ که سوختی به نام ولکانو را برای هیولای خود جمرا منتشر کرده است. هیدروژن یک راه حل اصلی به شمار می‌آید که تویوتا در حال توسعه آن است. تویوتا یاریس جدید یک موتور سه سیلندر دارد که از سوخت هیدروژن مایع استفاده می‌کند.

تبدیل کردن گاز هیدروژن حلال اصلی این مشکل می‌تواند باشد. در این حالت لذت پیشرانه‌های بنزینی که صدای آن‌ها هست حفظ خواهد شد.

در مجموع خودروهای برقی کربن خنثی نیستند و صراحتاً هیچ یک از شرکت‌ها نمی‌توانند از محدودیت‌ها عبور کنند و کاملاً بدون آلایندگی شوند.

نویسنده: محمد مختاری آذر