מכונית חשמלית או מכונית מימנית - העתיד לפנינו


מכוניות על מימן
העתיד מזמן לנו מכוניות מימניות. זה יקח עוד זמן אך מכוניות שיונעו על ידי מימן הם פתרון טוב ומקיף בהרבה לבעיית מחיר וזמינות אנרגית הנפט ולאיכות הסביבה
12.10.2011
 שמעון ביגלמן
הדלק הולך ומתייקר, מילוי מיכל דלק הוא כבר בגדר של בעיה של ממש והבעיות הסביבתיות הנובעות מהשימוש במנועי בעירה פנימיות ידועות וכואבות. הפתרונות המוצעים היום בדמות מכוניות היברידיות או מכוניות חשמליות עוקפות למעשה את הבעיה. כך למשל במכונית החשמלית הנהג לא יצרוך דלק פוסילי (נפט) אך התחנות ליצור חשמל יצרכו עוד ועוד דלקים כאלה. כך גם המכונית ההיברידית שנותנת מענה טוב לבעיות הזיהום בעיקר העירוני אך גם היא לא נותנת פתרון תחליפי גם לנהיגה מחוץ לערים המאוכלסות. חשוב לזכור כי לשימוש במנועים המוזנים במימן יש מחיר כלכלי שכן מחירו של תא דלק מימני הוא גבוה באופן משמעותי ממחיר של מנוע בעירה פנימית. 
הפוטנציאל הענק של מכוניות הממונעות במימן משך את תשומת לבם של מפתחי מכוניות כבר בשנות ה-70 אבל בשל המחיר הזול (אז) של הנפט לא נרשמה פריצת דרך משמעותית. כשהתנאים השתנו החלו לעבוד יותר ויותר על פיתוח הנושא. ב-2008 אישר האיחוד האירופי השקעה של קרוב לחצי מיליארד יורו במשך 6 שנים לפיתוח מכונית המונעת במימן ותאי דלק לצורך הורדת פליטת פחמן דו חמצני. בנוסף, צפויה השקעה דומה מצד חברות רכב וחברת הדלק. ההשקעה הזו תביא לשימוש נרחב במכוניות מימניות כבר בשנת 2015. כלכלני האיחוד האירופי מצאו כי ניתן להוריד ב-40 אחוז את השימוש בדלקים עד 2040 ולהוריד את פליטת הפחמנים עד 2050 ב-40 אחוז. הפתרון, כך סבורים רבים, טמון ברתימת האנרגיה המימנית לתחבורה שכן השימוש במימן כמקור אנרגיה חלופי הוא יעיל ואינו מזהם שכן המימן אינו רעיל.  כשמימן בוער הוא אינו משחרר פחמן דו-חמצני, שהוא גז חממה רב עוצמה. אם מזינים מימן למערך של תאי דלק, התקן דמוי סוללה שמפיק חשמל ממימן ומחמצן - הוא מסוגל להניע מכונית או משאית חשמלית. אבות הטיפוס ואף מכוניות שכבר נעות על הכבישים כיום של רכבי מימן, מונעים במימן דחוס בלחץ גבוה או במימן נוזלי, המופץ לתחנות תדלוק מיוחדות וממנו הוא נשאב לרכב בדומה לבנזין המוכר. בעית קיר הזכוכית במקרה זה ידועה כדי להגיע לשימוש מסחרי נרחב ברכבים אלו יש לפתח תשתיות משמעותיות לייצור מימן ולהפצתו. כדי להדגים את היכולת יצאו מכוניות מתוצרת ג'נרל מוטורס, ניסאן, טויוטה ופולקסווגן בשנת 2009 למסע שארך תשעה ימים ונמתח על פני 2,700 ק"מ . המסע החל בדרום קליפורניה והסתיים בוונקובר. הנתונים היו מרשימים על כל ליטר של גז נסעו המכוניות בין 17 ל-30 קילומטר. בכל מקרה חברות רבות כבר משקיעות ומפתחות דגמי מכוניות מימן. להונדה יש מכונית המונעת בתאי דלק באמצעות מימן המיוצרת באופן סדרתי אך נמכרת במספרים נמוכים וכן מכונית בפיתוח בשם PUYO. לאחרונה הודיעה הונדה על פתיחת תחנת תדלוק מימן ראשונה בסווינדון שבאנגליה, שנבנתה תחת הסטנדרטים המוסכמים על ידי רוב יצרני הרכב בעולם בלחצים של 350 ו-700 באר. יונדאי מצהירה כי המכונית המימנית שלה יונדאי  ix35 FCEVתעלה לכביש כבר ב-2015 לאחר שתסיים את הניסיונות שיחלו כבר עכשיו. דגם זה של יונדאי נבחר על ידי האיחוד האירופי וישמש כ-30 חברי ועובדי הפרלמנט האירופי בשנים הקרובות. הניסוי הזה ימשך עד למרץ 2012. יונדאי אף חתמה על הסכם עם עירית קופנהגן להקמת רשת תידלוק מימני ברחבי העיר. מרצדס לא נשארת מאחור וכבר בשנת 2009 הודיעה על ייצור של מכוניות מימניות שישווקו ללקוחות נבחרים. מרצדס הציעה מכונית סדרתית ה-B קלאס עם תאי דלק מימני. ה-B קלאס תוכל לנסוע עד 385 ק"מ בין תדלוקים, שיארכו כשלוש דקות. במרצדס טעונים למפרט טכני מרשים למדי. ראשית לא יהיה כל שינוי בחלל הפנימי ובתא המטען בהשוואה ל-B קלאס עם מנוע בעירה פנימית. המנוע החשמלי שיטמן בתוך ה-B קלאס ייצר 136 כ"ס ו-29.5 קג"מ ויגיע למהירות של 170 קמ"ש ויציע תצרוכת דלק של 33 ק"מ לליטר במונחים של מנועי דיזל אך עם בונוס חשוב, ללא פליטת זיהום כלל. במרצדס אומרים כי הפתרון הזה יתאים במיוחד לתושבי ערים גדולות, ויפחית את הזיהום בהן. משרד האנרגיה האמריקני הודיע כי ב-2012 יסעו בקליפורניה 70 מכוניות מרצרס קלאס B.
מאזדה מפתחת דגם משלה, RX-8 המונעת הן בדלק והן במימן. דייהטסו מתמקדת בהוזלת תאי דלק לצורך שילוב ברכביה. קאיה וג'נרל מוטורס הצהירו אף הן על ייצור רכב מימני. BMW ייצרה את דגם H2R עם מנוע שהוסב למימן שמסוגלת לנסוע במהירות 302.4 קמ"ש. בנוסף החברה מציגה את סדרה 7 המונעת במימן. פולקסוואגן השיקה בשנת 2008 עשרות מכוניות מימניות הנעות על כבישי סין. בארה"ב קיימות כיום 60 תחנות לתדלוק במימן ועוד 20 בהקמה. בקליפורניה מממנת המדינה הקמת 11 תחנות חדשות.
 
למעלה. הונדה FCX היברידית וממונעת מימן. המימן במכלים (צבע אדום) מזין את מערך תאי הדלק (צבע לבן) אשר מניעים את המנוע החשמלי. 
למטה. שברולט אקווינוקס (Equinox) ממונעת מימן. בשנת 2008 נעו כמאה מכוניות כאלה על כבישי לוס אנג'לס, ניו-יורק וושינגטון.

איך האנרגיה המימנית מיוצרת?
איך זה עובד? במכונית המימנית נמצא מנוע חשמלי המוזן מאנרגיה שמקורה בשידוך שבין מימן וחמצן המייצרים חום שבתורו הופך לקיטור המניע את המנוע החשמלי.
כימיה היא דבר מסובך וכך גם ההסבר על אופן הווצרות האנרגיה במנועי המימן. בתגובה כימית של היווצרות מולקולת מים משתחררת אנרגיה, וללא התקן מתאים הייתה אנרגיה זו מתבזבזת ומומרת בעיקר לחום. המבנה הייחודי של תא הדלק מאפשר להמיר אנרגיה כזו לאנרגיה חשמלית תוך כדי תהליך היווצרותן של מולקולות מים. תא הדלק המימני מורכב למעשה מארבעה חלקים קוטב שלילי (אנודה) אליו מוזרם מימן קוטב חיובי (קתודה) אליו מוזרם חמצן ובתווך יש ממברנות המאפשרים מעבר חלקיקים הטעונים במטען חשמלי חיובי ובצד כל אלה נמצא זרז שהיא אבקת פלטינה על גבי נייר פחם או סוג של בד דקיק. החיבור בין כל המרכיבים האלה מייצר ריאקציה כימית מסובכת למדי שבסופה נוצר הקיטור המיוחל המניע את המנוע החשמלי. בפועל, חיבור בטור של מספר תאי דלק מימני הוא המבחן ליכולת ההמראה של המכונית המימנית. ככל שהטכנולוגיה תתפתח גודל תאי הדלק יקטן והזמינות והמחיר של תאי הדלק המימניים יגדל. במקום שמולקולות המימן ימסרו אלקטרונים ישירות למולקולות החמצן בתהליך כימי רגיל, האלקטרונים מאולצים לעבור דרך המעגל החשמלי.
החישוב התיאורטי מציע כי במכונית חשמלית המונעת על ידי תאי דלק של מימן טהור ניתן להגיע ל-80 אחוז נצילות כלומר 80 אחוז מהאנרגיה האגורה במימן תומר לאנרגיה החשמלית. למעשה הנצילות היא נמוכה יותר שכן האנרגיה החשמלית שנוצרת צריכה להניע מנוע חשמלי שנצילותו היא 64 אחוז בלבד. בנוסף אם מקור המימן במכלים אינו מימן טהור וצריך להפיקו עלי ידי מתמיר ממתנול או מגז טבעי שנצילותו היא כ-50 אחוז  הנצילות הכוללת של התהליך יורדת ל-30 אחוז בלבד, עדיין יותר ממנוע בנזין שנצילותו כ-20 אחוז בלבד. ד"ר לאוניד טרטקובסקי, מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, טוען במאמר שפירסם כי נצילות תאי דלק היא בדרך כלל גבוהה מזאת של מנוע שריפה פנימית ויכולה להגיע לכ-50 אחוז.
היום, קיימות שתי דרכים עיקריות להפקת האנרגיה המימנית הדרך האחת היא אחסון המימן במיכל בטמפרטורה של מינוס 253 מעלות צלזיוס או לחילופין במיכל בלחץ גבוה. מיכלי המימן צריכים להיות מבודדים וכבדים כדי לשמור אותם במצב הנדרש ולספק את הבטיחות הנדרשת. הדרך האחרת ליצירת אנרגיה מימנית היא באמצעות התמרת המימן מחומרים אחרים כמו: גז טבעי, אתנול או מתנול. גם כאן התהליך מתרחש בנוכחות מים. במקרה הזה כדי להפיק את האנרגיה המימן צריך להגיע בלחץ.  אך יש מחקר רב המנסה לפרוץ נתיבים חדשים, כימיים, ליצור אנרגיה ממימן. גישה אחרת פותחה על ידי חברת אקסון-מוביל שהכריזה בסוף 2007 על שת"פ עם קווסט אייר טכנולוג ואוניברסיטת בן גוריון לפיתוח והביאה לפיתוח מנוע היברידי מימני. הפיתוח הזה מביא לדברי המפתחים למנוע ביעילות גבוהה ב-80 אחוז יותר ממנועי הבערה הפנימית המקובלים כיום ובנוסף המנוע שלהם פולט 45 אחוז פחות פחמן דו-חמצני בהשוואה למנוע בעירה פנימית. החידוש בגישה הזו הוא השימוש בדלק פחמימני נוזלי בנזין, סולר אתנול או ביו דיזל המומר למימן ברכב עצמו לצורך הנעת פחות הרכב. בשיטה זו אין צורך בהקמת תשתיות חדשות.
כמו בהרבה תחומים אחרים יש גם התנגדויות לרעיון הרכב המימני ומסיבות שונות. במאי 2009 הודיע ממשל אובמה על ביטול פרויקט קידום מכונית המימן של ממשלת ארה"ב שהושקע בו כ-100 מיליון דולר וזאת לאחר שממשל בוש הכריז בשנת 2003 הכריז על תכנית (Hydrogen Fuel Initiative) HFI  שקיבלה תמיכה בחקיקה של ה-Energy Policy Act בשנת 2005 וה-Advanced Energy Initiative ב-2006. שר האנרגיה של אובמה נימק את הביטול בכך שהממשל מעדיף להתמקד בטכנולוגיות אחרות לחיסכון בדלק מכיוון שהסיכוי לפיתוח מכונית בהנעת מימן במהלך שני העשורים הקרובים נמוך מאוד וגם שעלויות פיתוח תשתיות להולכת המימן והתקנתם יקרים מדי לביצוע. מתנגדים יש גם בישראל, ד"ר אברהם ארביב, סגן המדען הראשי וראש אגף מו"פ במשרד התשתיות אמר באפריל 2009 כי הרעיון של אנרגיה לרכב ממימן הוא הזוי. לדבריו בהפקת מימן הובלתו ואגירתו יש להשקיע 14 יחידות אנרגיה כדי לקבל 10 יחידות אנרגיה בדלק וזה בלתי הגיוני. ד"ר ארביב הוסיף כי מימן יכול במקרה הטוב לשמש לאגירת אנרגיה אך יש להשקיע מאמצים פיתוחיים באגירת חשמל באופן ישיר בלי שימוש במימן. דעתם של המתנגדים נשמעה, אך נראה כי כיום דרכה של המכונית המימנית לכבישים סלולה.
 מכונית המיימן של הונדה
הבעיות
מכונית המימן נתפסת כפתרון מעולה באם מתחשבים בגורמים כמו איכות הסביבה וזמינות ומחיר הדלק הפוסילי ההולך ומתכלה. אולם לפני שהאור יראה יש צורך במתן פתרונות למספר בעיות כמו למשל בעיית איחסון המימן ברכב ומבלי לפגוע ביכולות ככל שהדברים נוגעים למשקל ונוחיות הנוסעים. כיום עדיין אי אפשר לאחסן את הגז באופן פשוט ודחוס כמו שאפשר לאחסן דלק נוזלי רגיל. המגמה היא שתאי האיחסון יתפסו לא יותר מששה אחוזים ממשקל המכונית. הפתרונות לכך הם מגוונים ומתמקדים בעיקר בפתרונות לאיחסון מימן בתאי לחץ גבוה או בהנזלת המימן אם כי כאן קיימת מגבלת בטיחות שכן תאי איחסון כאלה מחייבים בידוד מעולה בשל העובדה שטמפרטורת הבעירה של המימן היא נמוכה מאוד. בסופו של דבר השאלה המרכזית היא מהי מידת הדחיסות של המימן מול המשקל והטווח הנסיעה. פתרון מסוג אחר הוא פתרון כימי שבו המימן מייצר ריאקציות כימיות המאפשרות ניצולת גבוהה. בעיה אחרת היא הצורך בהקמת תשתית אספקת המימן לתחנות התידלוק אך זוהי בעיה שהיא בעיקרה כלכלית ולא טכנית. ויש עוד דבר אחד שאי אפשר למצוא אותו בכתובים מה תהיה העלות של המכונית וכמה יעלה לתדלק אותה.
הדפסה
   
שלח לחבר
אתרי יבואן