استفاده از گاز هیدروژن بهعنوان سوخت جایگزین در پیشرانههای احتراقی باتوجهبه مزایایی ازجمله آلایندگی کمتر و انرژی بیشتر و نسبت مخلوط سوخت به هوای مناسب میتواند گام بزرگی برای صنعت خودرو باشد.
دانشمندان تاکنون تلاش کردهاند از هیدروژن بهعنوان سوخت جایگزین در حملونقل جادهای استفاده کنند؛ اما این موضوع هنوز کاملا تحقق پیدا نکرده است و فرصتها با سرعت بسیار زیادی از بین میرود.
بهگزارش اتوکار، استفاده از هیدروژن در پیلهای سوختی هیدروژنی برای تولید برق بدون آلایندگی هنوز هم ظرفیت زیادی دارد؛ ولی انگیزه تولید پیشرانههای احتراق داخلی بهرهمند از سوخت هیدروژن کاهش یافته است. باوجوداین، برخی خودروسازان همچنان به این موضوع علاقه دارند. برای نمونه، توسعه پیشرانه هیدروژنی سه سیلندر تویوتا در یاریس GR و استفاده از آن برای تأمین نیروی کرولا اسپرت که در مسابقات ۲۴ ساعته فوجی بهکار رفت.
هیدروژن درمقایسهبا بنزین یا گازوئیل سوخت تمیزتری است؛ اما فقط در سیستم پیل سوختی برای تولید برق کاملا بدون آلایندگی میشود. وقتی هیدروژن در پیشرانه احتراقی سوزانده شود، کاملا سوخت تمیز و بدون آلایندگی نیست. اگرچه فرایند سوختن هیدروژن در چنین پیشرانههایی باعث تولید هیدروکربنهای نسوخته (HC) و مونوکسیدکربن (CO) یا دیاکسیدکربن (CO2) نمیشود، اکسیدهای نیتروژن (NOx) از آن بهدست میآید. هوا ۷۸ درصد نیتروژن دارد و در احتراق اکسیده میشود و میسوزد تا NOx سمی تولید شود. البته میزان آن به میزان گرمشدن اجزای احتراق بستگی دارد و در اینجا پیشرانههای هیدروژنی میتوانند از مزایایی برخوردار شوند.
هیدروژن بسیار کمتر از بنزین یا گازوئیل گیجکننده است و در طیف وسیعی از نسبت هوا به سوخت مخلوط و سوزانده میشود. درنتیجه، پیشرانه هیدروژنی میتواند با مخلوط بسیار رقیق کار کند (هوای بیشتر و سوخت کمتر) و هنوزهم میزان NOx بسیار کمتری از بنزین یا دیزل تولید میکند. با استفاده از فناوری موجود میتوان میزان آلایندگی گازهای خروجی این پیشرانهها را تا حد بسیار زیادی کاهش داد.
البته این حقایق جذاب به عوامل مختلفی بستگی دارد. اگرچه هیدروژن ازنظر وزنی مقدار زیادی انرژی بههمراه دارد، چگالیاش بسیار کمتر از سوختهای مایع است. بنابراین، پیشرانههایی که سوخت در درگاه ورودی آنها تزریق میشود (در آن سوخت به منیفولد ورودی تزریق و در خارج از سیلندرها با هوا مخلوط میشود)، درمقایسهبا بنزین بهطور درخورتوجهی انرژی کمتری با سوخت هیدروژن تولید میکنند. تزریق مستقیم باعث بهبود امور میشود و در ترکیب با توربوشارژ با هندسه متغیر، پیشرانههای احتراقی با سوخت هیدروژن را به دوام و زیستپذیری بیشتری میرساند.
دراینمیان، همچنان مشکل دیگری نیز وجود دارد. پیشرانههای هیدروژنی توربوشارژ تزریق مستقیم مدرن میتوانند با افزایش نسبت هیدروژن در مخلوط سوخت و هوا، انرژی بیشتری درمقایسهبا پیشرانه بنزینی معادل تولید کنند؛ اما سطح NOx افزایش مییابد. درغیراینصورت، پیشرانههای هیدروژنی اساسا پیشرانههای بنزینی اصلاحشدهای هستند که در شیوه تولید از برخی قطعات قویتر و سیستمهای تزریق مستقیم هیدروژن بهره میبرند. هیدروژن را میتوان تا فشار هفتصد بار در همان مخازن گاز فشرده استفادهشده در وسایل نقلیه پیل سوختی ذخیره کرد.
برنامههای تحقیقاتی اخیر نشان میدهد با استفاده از فناوری متناسب با وسایل نقلیه سنگین و خودروهای سواری، امکان استفاده از وسایل نقلیه مجهز به پیشرانه احتراقی تقریبا بدون آلایندگی در شرایط واقعی وجود دارد. دانشگاه صنعتی گراتس با همکاری شرکت بوش، با پیشرانه توربوشارژ دولیتری احتراقجرقهای نتایج دلگرمکنندهای بهدست آورده است. ریکاردو برنامهای تحقیقاتی در زمینه پیشرانههای هیدروژنی را برای وسایل نقلیه سنگین هدایت میکند.
باتوجهبه نزدیکبودن به فناوری و روشهای تولید موجود، سوزاندن این گاز فراوان و سبکتر از هوا میتواند گام بزرگ و مفیدی برای فناوری خودرو کاملا برقی ایجاد و توسعه شبکه هیدروژنی موردنیاز برای وسایل نقلیه پیل سوختی را تشویق کند.