سيارات 2004 الخضراء وقودها الهيدروجين والشمس ... والهواء

تتبارى شركات السيارات في انتاج طرازات صديقة للبيئة تستخدم وقوداً أنظف وتطلق انبعاثات أقل. وحفلت معارض السيارات الدولية في الأشهر القليلة الماضية بسيارات تعمل بخلايا الوقود وبالطاقة الشمسية وحتى بضغط الهواء. في هذا العرض أحدث ما توصلت اليه صناعة السيارات الخضراء.
"طاقة الغد ماء ينحلّ الى هيدروجين وأوكسيجين باستعمال الكهرباء. وهذان العنصران سيؤمنان ما يحتاج اليه العالم من طاقة لمدة غير محدودة". هذا ليس كلام باحث من القرن الحادي والعشرين، بل دوَّنه كاتب روايات الخيال العلمي جول فيرن في روايته "الجزيرة الغامضة" التي ألفها عام 1874.
بعد مضي أكثر من قرن على استعمال محرك الاحتراق الداخلي، ينفق صانعو السيارات حالياً بلايين الدولارات لتطوير تكنولوجيات بديلة تخفض الانبعاثات وتقلل من الاعتماد على الامدادات النفطية المتناقصة. واستفاد بعضهم من بعد نظر فيرن، فاتجهوا الى تكنولوجيا خلايا الوقود الهيدروجيني التي اكتشفت عام 1839، لتشغيل سيارات لا تخلف وراءها الا بخار ماء.
وليست مصادفة أن تكون السيارات الأكثر اقتصاداً بالوقود في بعض موديلات سنة 2004 هجينة كهربائية Hybrid-Electric Vehicle-HEV. فهذه السيارات، التي تعمل بالوقود والكهرباء، تجمع بين أفضل مواصفات محرك الاحتراق الداخلي والموتور الكهربائي، ويمكن أن تزيد وفر الوقود كثيراً من دون التضحية بالأداء أو المسافة التي تجتازها قبل التعبئة، وأن تتيح تزويد الطاقة لبعض الملحقات مثل الأدوات الكهربائية.
تندفع السيارات الهجينة - الكهربائية أساساً بواسطة محرك احتراق داخلي، تماماً كالسيارات التقليدية. لكنها أيضاً تحوّل الطاقة التي تهدر عادة أثناء الانحدار والفرملة الى كهرباء، تخزن في بطارية ريثما يحتاج اليها الموتور الكهربائي الذي يساعد المحرك عند التسريع أو ارتقاء المرتفعات، وفي حالات القيادة بالسرعة الاولى أو الثانية حيث تكون كفاية محرك الاحتراق الداخلي في أدنى مستوى. وبعض السيارات الهجينة - الكهربائية توقف المحرك تلقائياً عندما تتوقف وتشغله من جديد عند ضغط دواسة الاسراع، وهذا يمنع ضياع الطاقة المهدرة.
وخلافاً للسيارات الكهربائية كلياً، فإن السيارات الهجينة الكهربائية التي تعرض حالياً لا تحتاج الى وصل بمصدر خارجي للكهرباء من أجل اعادة شحنها، اذ ان البنزين العادي والفرملة الاسترجاعية يوفران كل الطاقة التي تحتاج اليها. ولتشجيع الاقبال على الشراء في الولايات المتحدة، تعرض الحكومة حوافز ضريبية للسيارات الهجينة - الكهربائية وسيارات أخرى تستخدم وقوداً بديلاً. ومن أنجح السيارات الهجينة - الكهربائية هوندا إنسايت Honda Insight وتويوتا بريوس Toyota Prius اللتان احتلتا مركز الصدارة في الاقتصاد بالوقود للسنة الرابعة على التوالي.
كهرباء وهيدروجين
في معرض طوكيو للسيارات الذي نظم في تشرين الأول اكتوبر الماضي، اجتذبت شركة تويوتا السائقين الى سياراتها الصديقة للبيئة التي تطمح من خلالها أن ترسي مقياساً عالمياً لقطاع ينمو سريعاً. فمع سيارتها الرياضية ذات المقعدين، التي تنطلق بسرعة تصل الى 100 كيلومتر في الساعة خلال 6,8 ثوان، وتسير بسرعة قصوى هي 205 كيلومترات في الساعة، وتقطع 33 كيلومتراً بكل ليتر من البنزين، حاولت تويوتا اقناع زوار المعرض الذين قدر عددهم بنحو 5,1 مليون بأن الاعتبارات البيئية وحسن الاداء يمكن أن يجتمعا معاً. وهي تطمح الى جعل سياراتها الهجينة في متناول الجمهور بهدف بيع 300 ألف سيارة سنوياً بحلول سنة 2005، منها السيارة الرياضية المكشوفة CS & S والسيارة الرياضية المتعددة الأغراض SU-HV1.
وتكنولوجيا خلايا الوقود معروفة منذ القرن التاسع عشر، لكن شركات صناعة السيارات ما زالت تكافح لجعلها كفية في الأداء وغير مكلفة. وعلى رغم أن بعض السيارات التي تعمل بخلايا الوقود هي قيد الخدمة حالياً، ما زالت هذه التكنولوجيا غير قادرة على المنافسة تجارياً. والعقبة الاولى هي أن الحصول على الهيدروجين يتم باستعمال الكهرباء لفصل الماء الى هيدروجين وأوكسيجين، أو من خلال "تعرية" الكربون من مركبات هيدروكربونية مثل الغاز الطبيعي، وهذا أيضاً يحتاج الى طاقة. ولكي تكون الصناعة مثالية، ينبغي أن تأتي الطاقة من مصادر متجددة، لكن هذا الخيار ليس متاحاً حالياً في معظم المناطق، لذلك هو خيار أقل اخضراراً وأكثر كلفة. ويعتبر علماء أن كلفة الاقتصاد القائم على الهيدروجين تصل الى ضعفي كلفة انتاج أي مصدر آخر للطاقة. فالهيدروجين المضغوط يكلف ما يعادل نحو 80,0 دولار لليتر البنزين. والعقبة الرئيسة الثانية هي عدم توافر محطات لتعبئة الهيدروجين في السيارات إلا في أماكن محدودة جداً. كما تتزايد التحذيرات من المخاطر على البيئة في التحول الى الهيدروجين كمصدر للطاقة واحتمال أن يؤدي، في حال اعتماد انتاجه على الفحم الحجري، الى مزيد من الاحتباس الحراري في جو الأرض وما يتبع ذلك من نتائج كارثية تهدد البشر والطبيعة.
ولتذليل هذه العقبات، تعمل شركات كثيرة على تطوير تكنولوجيا خلايا الوقود. وتُرصد لذلك أموال طائلة، وقد خصص الرئيس جورج بوش منذ 2002 مبلغ 7,1 بليون دولار على مدى خمس سنوات للبحث عن مصادر طاقة بديلة من النفط، على أن يصرف منها 2,1 بليون دولار على درس امكان انتاج رخيص للهيدروجين ووسائل خزنه وتسويقه.
طرازات بخلايا الوقود
إف سي إكس FCX من صنع هوندا هي أول سيارة تعمل بخلايا الوقود الهيدروجيني "مرخصة حكومياً" للاستعمال اليومي في الولايات المتحدة، ولعلها أول سيارة خضراء على أرض الواقع. لها بابان وأربعة مقاعد، وتحوي خزانات للهيدروجين المضغوط كوقود. وعندما يضخ الهيدروجين الى خلية الوقود، يسخن وينقسم كل جزيء منه الى أيونتين موجبتين والكترونين. فتتوجه الالكترونات الى دائرة كهربائية لادارة المحرك، فيما تمر الأيونات من خلال غشاء لتتحد مع أيونات الأوكسيجين المستمدة من الهواء الخارجي، فينتج بخار الماء الذي هو كل ما تنفثه السيارة. وتبلغ سرعتها القصوى 150 كيلومتراً في الساعة، وهي تقطع نحو 350 كيلومتراً قبل أن تحتاج الى اعادة تعبئة.
تويوتا وهوندا هما الشركتان الوحيدتان اللتان تسوقان سيارات هجينة في الولايات المتحدة حالياً. وتنتج تويوتا طرازاً معدلاً من سيارتها بريوس prius التي تقطع 27 كيلومتراً بليتر البنزين داخل المدينة، وتعد بإنتاج نوع هجين من سيارتها اللكزس Lexus RX 330 SUV هذه السنة.
وأعلنت شركة فورد أنها ستبدأ في تموز يوليو 2004 انتاج طرازات هجينة من سيارات "اسكيب" الرياضية المتعددة الأغراض، تعمل على البنزين والكهرباء. وهدفها أن تبيع من السيارة الجديدة Escape Hybrid SUV ما بين 10 آلاف و20 ألف سيارة في السنة.
تستخدم اسكيب الهجينة موتوراً كهربائياً ومجموعة بطاريات كمصدر طاقة اضافية لمحركها الذي يضم أربع اسطوانات. ويتم شحن البطاريات أثناء سير السيارة وعند استعمال المكابح، ويخفف الموتور الكهربائي الحمل عن المحرك أثناء تزايد السرعة. هذه السيارة ذات الاندفاع الأمامي تقطع ما بين 16 و19 كيلومتراً بليتر البنزين أثناء القيادة داخل المدينة، وما بين 13 و14 كيلومتراً على الطرق السريعة، في مقابل 8 الى 11 كيلومتراً لسيارة اسكيب العادية ذات الست اسطوانات. وتستطيع ان تقطع ما بين 645 كيلومتراً و805 كيلومترات بكل خزان وقود أثناء القيادة داخل المدينة. والطريف في أدائها أنها كلما تكرر الوقوف والانطلاق في زحمة السير كان الوفر في الوقود أفضل. وهي تستوفي المقاييس الصارمة للسيارات ذات الانبعاثات المخفوضة جداً SULEV، فضلاً عن المقاييس الصارمة للسيارات ذات الانبعاثات الجزئية القريبة من الصفر PZEV. والبطارية التي لا تحتاج الى صيانة تذكر موجودة تحت أرضية قسم الحمولة، ما يوفر حيزاً كبيراً للوازم السائق والركاب. وأطلقت سيارة إسكيب الجديدة في معرض نيويورك الدولي للسيارات في نيسان ابريل الماضي.
أما جنرال موتورز، التي استثمرت نحو بليون دولار في تطوير خلايا الوقود، فتريد أن تكون أول من يبيع مليون سيارة تعمل بهذه التقنية. وسيارتها هاي - واير Hy-Wire لا تحوي عجلة قيادة أو دواسات، وانما هي بمثابة "مزلجة" ضخمة. مظهرها عادي من الخارج، لونها فضي، لها أربع عجلات ونوافذ ومرايا، وزجاجها الأمامي الكبير يوفر رؤية ممتازة. لكن هذه الصفات هي كل ما يجمعها بسيارة عادية، اذ انها تخلصت من شيئين أساسيين في تكنولوجيا السيارات التقليدية: فلا وجود لمحرك تحت غطاء المقدمة، ولا تمديدات هيدروليكية أو ميكانيكية تحت الشاسي. كل الأجهزة التي تدفع السيارة وتوجهها مبيتة داخل شاسي ألومنيوم بسماكة 28 سنتيمتراً في قاعدة السيارة، بات معروفاً ب"المزلجة" skateboard. وتأتي قوة الدفع من كتلة تضم 200 خلية وقود هيدروجيني منفصلة، قادرة على توليد سرعة قصوى تبلغ 160 كيلومتراً في الساعة. ويخزن غاز الهيدروجين في ثلاثة خزانات اسطوانية مصنوعة من مركّب كربوني. وقد استبدلت عجلة القيادة ودواسات الفرملة بمقبض hy-wire متصل بجهاز كومبيوتر مركزي مبيت في المزلجة.
وأنفقت جنرال موتورز نحو 17 مليون دولار على تطوير هاي - واير، مستخدمة أكثر من 500 اختصاصي. وأكبر مشكلة تواجهها اقتصار المسافة التي تقطعها السيارة على 120 كيلومتراً قبل اعادة تعبئتها بالغاز. وتقول الشركة انها ستنتج نحو 100 ألف سيارة من هذا النوع بحلول سنة 2010. لكن من غير المتوقع أن تسوّق الشركة هذا النوع من السيارات في الأسواق العربية.
وتهدف شركة سوزوكي، التي تتصدر صناعة السيارات الصغيرة في اليابان، الى مجاراة جنرال موتورز في تسويق سيارات تعمل بخلايا الوقود بحلول سنة 2010. لكن سوزوكي، التي تملك خُمس أسهمها شركة جنرال موتورز أكبر منتج للسيارات في العالم، قالت ان هذا الموعد قد يصعب الوفاء به بسبب تحديات فنية تتعلق بتكييف خلايا الوقود لتلائم السيارات الصغيرة.
وتجمع سيارة ريفوليوشن Revolution من صنع شركة هايبركار Hypercar التي تتخذ من ولاية كولورادو الأميركية مقراً لها، بين السيارة الرياضية المترفة والسيارة العائلية الأنيقة. وفيما يركز معظم صانعي طرازات المستقبل على تطوير خلايا وقود ذات قوة كافية لدفع السيارات الحالية، اعتمدت هايبركار اسلوباً مختلفاً، فأعادت تصميم السيارة بدءاً من العجلات، لانتاج مركبة خفيفة الوزن ومؤهلة للسير بواسطة خلايا الوقود. وتؤكد الشركة أن ريفوليوشن أكفأ ثماني مرات من السيارات العادية. وهي تمتاز بهيكل من ألياف الكربون المسبوكة في قالب بلاستيك، يتكون من 14 قطعة رئيسة، وتركيبه أسهل كثيراً من تركيب الهياكل المعدنية التقليدية التي يتم تشكيلها بالكبس واللحام وتضم نحو 250 قطعة، ما يزيد كلفة التصنيع وتعقيداته.
وعلى رغم أن ريفوليوشن تزن 907 كيلوغرامات فقط، فإن مواد هيكلها أقوى خمس مرات من الصلب، ما يحسن احتياطات السلامة. ويزيد من خفتها تزويدها عجلات خاصة ذات ×مقاومة منخفضة أثناء الدوران، طُورت بالتعاون مع شركة ميشلان. وهذه العجلات تخفض الاحتكاك الذي يهدر ثلث طاقة الوقود في السيارة العادية، وهي مصممة لتقطع مسافة 160 كيلومتراً اضافية في حال ثقبها. وعدم احتواء السيارة على محرك احتراق داخلي ومبدئ حركة وجهاز مناوبة ونظام تعليق وناقل سرعات يقلل أيضاً من ثقلها، لذلك تحتاج الى كتلة خلايا وقود يقل وزنها عن ثلث وزن خلايا الوقود التي يطورها صانعو السيارات العادية. وهي تقطع ما يعادل 42 كيلومتراً بليتر البنزين، ويبلغ مداها 530 كيلومتراً باستهلاك 4,3 كيلوغرامات من الهيدروجين، وتستطيع بلوغ 100 كيلومتر في الساعة خلال 3,8 ثانية من الانطلاق. ومن المقرر أن يبدأ انتاجها سنة 2005.
وتتولى شركة دايملر - كرايزلر صنع سيارة مرسيدس تسير بخلايا الوقود. وكشفت في تشرين الأول الماضي عن 60 سيارة من هذا الطراز هي أول اسطول يعمل بالهيدروجين الصرف يتم انتاجه في ظروف شبه عادية. ويُضخ الهيدروجين المضغوط الى كتلة تضم 440 خلية وقود مبيتة تحت أرضية السيارة. وتؤكد دايملر - كرايزلر أن سيارتها خالية تماماً من الانبعاثات وصامتة الى أبعد الحدود. وهي تنفق بلايين الدولارات لتطوير تكنولوجيات وقود بديلة، وهذه المرسيدس هي المرشحة الرئيسة، اذ يبلغ مداها 150 كيلومتراً قبل أن تحتاج الى خزان هيدروجين جديد وسرعتها القصوى حوالى 160 كيلومتراً في الساعة، وتنطلق لتبلغ سرعة 100 كيلومتر في الساعة خلال 16 ثانية. وكمعظم سيارات الهيدروجين، تتفوق كثيراً على السيارات العاملة على البنزين والديزل من حيث استهلاك الوقود، اذ تقطع ما يعادل أكثر من 42 كيلومتراً بليتر البنزين.
وتعمل سيارة ناتريوم Natrium التي تصنعها شركة كرايزلر على معدن البورق البوراكس الموجود في الطبيعة. والطاقة تولدها خلية وقود هيدروجيني، لكن مصدر الهيدروجين هو الذي يجعل السيارة مميزة. انه بوروهيدريد الصوديوم، الذي هو أساساً البورق المستعمل في تنظيف الملابس متحداً مع الهيدروجين. وتؤكد كرايزلر ان بوروهيدريد الصوديوم متوافر على نطاق واسع في الولايات المتحدة، وهو غير ضار وغير قابل للاشتعال، ويمكن اعادة تدويره، ما يجعله مصدراً لوقود متجدد. ويستخرج غاز الهيدروجين من كريات بوروهيدريد الصوديوم المنقوعة في الماء، والمادة الوحيدة المتخلفة هي البورق الذي يعاد تدويره. واعادة التزود بالوقود لا تتطلب الا الاحتفاظ بنحو كيلوغرام من الكريات وثمانية ليترات من الماء في السيارة. وأداء ناتريوم ممتاز على الطريق، اذ يبلغ مداها حوالى 480 كيلومتراً، ما يعادل تقريباً أداء محرك بنزين. وتبلغ سرعتها 130 كيلومتراً في الساعة، وتقطع ما يعادل 5,12 كيلومتراً بليتر البنزين. وهي أثقل من نسيبتها التقليدية، لكن كرايزلر تقول ان في استطاعتها خفض الوزن عند بدء الانتاج.
سيارات شمسية وهوائية
نونا Nuna سيارة شمسية شبيهة بقارب آلي يرتفع حتى مستوى الخصر ويجثم على ثلاث عجلات. بناها ثمانية طلاب من جامعتي دلفت وأمستردام في هولندا، وفازت ببطولة "التحدي الشمسي العالمي" وهو سباق لمسافة 3010 كيلومترات من داروين الى أديلايد عبر الصحراء الأسترالية. وهذه من أكثر السيارات تقدماً على وجه الأرض. هيكلها الخارجي مصنوع من بلاستيك عصر الفضاء، والبدن الرئيس من ألياف كربونية مقواة بمادة الكفلار Kevlar. وتأتي قدرتها من 36 خلية شمسية تغطي الهيكل، بعضها كان في الفضاء كجزء من التلسكوب "هابل" الذي قدمته وكالة الفضاء الأوروبية. وتحمل السيارة أجهزة خاصة تؤمن توازناً أمثل بين الطاقة المتولدة من البطارية والطاقة المستمدة من الخلايا. وتزيد سرعة "نونا" القصوى النظرية على 160 كيلومتراً في الساعة، لكن في السباق الذي أنجزته في زمن قياسي بلغ أربعة أيام، كانت سرعتها القصوى تتعدى قليلاً 100 كيلومتر في الساعة. ولن يتم انتاجها تجارياً، لكن مبادئها التصميمية وتكنولوجياتها ستترك بصماتها على سيارات المستقبل.
وتسير إي - فوليوشن e.Volution على الهواء فقط! وتوفر حلاً لأزمة النقل في المدن. وهي أكثر اغراء من سيارات الهيدروجين، اذ يمكنها أن تعمل على وقود مطلق التجدد هو الهواء. وهي من انتاج شركة زيرو بوليوشن موتورز ZPM في فرنسا، ويحتمل أن تكون أول سيارة هوائية تدخل مرحلة الانتاج المكثف. وتحتوي على محرك فريد باسطوانتين يعمل بالهواء المضغوط، صممه مهندس سيارات سباق "الفورمولا واحد" السابق غاي نيغر. الهواء، الذي يضغط ثم يعبأ في خزانات تحت الشاسي، يضخ من خلال محقن الى حجرة صغيرة في المحرك حيث يتمدد، فيدفع المكابس التي تحرك العمود المرفقي crankshaft. تزن السيارة 700 كيلوغرام، وتقول الشركة انها ستكون قادرة على السير مدة تصل الى 10 ساعات بسرعة معدلها 90 كيلومتراً في الساعة قبل أن تحتاج الى تعبئة. لكن هناك علامة استفهام حول ميزاتها "الخضراء"، اذ انها تحتاج الى كهرباء لضغط الهواء، وهذه تتولد حالياً بحرق الوقود الاحفوري. وستكون إي - فوليوشن قادرة على قطع 193 كيلومتراً باستهلاك نحو 9 كيلوغرامات من الهواء المضغوط. وهناك مسائل فنية أخرت موعد الانتاج، لكن يتوقع أن يكون ثمنها بالمفرق القطاعي نحو عشرة آلاف دولار. وقد وقعت الحكومة المكسيكية عقداً لشراء أسطول منها يحلّ مكان سيارات أجرة عاملة على البنزين والديزل.
كل الدلائل تشير الى أن تطوير سيارات تعمل بأنواع الوقود البديل قطع شوطاً لا بأس به، وإن بقيت صعوبات تعمل الشركات على تذليلها. فهل تشهد أواخر هذا العقد ازدهار التسويق التجاري لهذا الجيل من السيارات؟
ينشر في وقت واحد مع مجلة "البيئة والتنمية" عدد كانون الثاني / يناير 2004