بررسی جامع خودروهای برقی و هیبریدی (قسمت دوم)

کلیک - در ادامه بخش اول به بررسی موانع موجود بر سر راه رشد و ترقی صنعت خودروهای برقی مانند محدودیت های باتری های لیتیوم یونی، مشکلات مرتبط با ذخیره سازی انرژی در باتری ها، محدود بودن ظرفیت پیمایشی خودروهای برقی و سایر موارد خواهیم پرداخت. در پایان نیز به بررسی مختصر آینده خودروهای برقی و همچنین وسایل و موادی که می توانند جایگزین باتری های لیتیوم یونی شوند، خواهیم پرداخت.

چه عاملی مانع رشد و توسعه خودروهای برقی شده است؟

فرایند طراحی، تولید و عرضه خودرویی با فناوری جدید ممکن است چندین سال طول بکشد؛ به عنوان مثال شرکت تویوتا کار طراحی و تولید خودروی برقی پیل سوختی خود را در سال ۱۹۹۲ آغاز کرد و فروش این خودرو (تویوتا میرای) را از سال ۲۰۱۵ آغاز کرد. همانطور که می بینید شرکت بزرگی همچون تویوتا ۲۳ سال در حال کار کردن بر روی این خودرو بوده است. ممکن است بازنگری، رفع ایرادات و ایجاد تغییراتی در ظاهر و موتور یک خودرو ۷ تا ۸ سال طول بکشد که یک امر عادی است.

حال اجازه دهید عملکرد تسلا را نیز در این زمینه بررسی کنیم. شرکت تسلا در سال ۲۰۰۳ تأسیس شد و اولین خودروی خود یعنی رودِستِر را در سال ۲۰۰۸ روانه بازار کرد. اگر چه الون ماسک در آن زمان پذیرفت که این خودرو هیچ امنیتی ندارد و یک محصول کاملا شکست خورده است؛ اما این موضوع که این شرکت اولین خودروی خود را تنها پس از ۵ سال از تأسیس خود به بازار عرضه کرده است، توجه افراد زیادی را به خود جلب کرد. این اتفاق موجب دلسردی الون ماسک نشد و خودروهای مدل اس، مدل ایکس و مدل ۳ تسلا به ترتیب در سال های ۲۰۱۲، ۲۰۱۴ و ۲۰۱۶ عرضه شدند و هر سه خودرو موفقیت خوبی را به دست آوردند.

در حال حاضر بیشتر شرکت های خودروسازی تغییرات زیادی را در خودروهای خود ایجاد نمی کنند و به ایجاد یک سری تغییرات ظاهری در خودروهای تولید شده خود بر اساس یک سری فناوری های ثابت و بدون تغییر، کفایت می کنند؛ اما تسلا به گونه ای کاملا متفاوت عمل کرد و خودروهای خود را با استفاده از فناوری های کاملا جدید و پیچیده که عملکرد آن ها هنوز ثابت نشده است، تولید کرد. اگر شرکت تسلا در مورد خودروهای برقی خود این گونه عمل نمی کرد، ممکن بود خودروهای برقی کمی دیرتر به بازار عرضه می شدند؛ اما مسأله این است که مهندسان تسلا به تنهایی نمی توانند مشکلات زیاد صنعت خودروهای برقی را برطرف کنند.

اجازه دهید در ابتدا به بررسی موضوع ذخیره سازی انرژی بپردازیم. امروزه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر به میزان زیادی افزایش یافته است؛ اما ذخیره سازی این انرژی ها به یکی از دغدغه های اصلی افراد تبدیل شده است. همانطور که می دانید فناوری های زیادی برای تولید انرژی های تجدیدپذیر وجود دارد؛ اما به طور کلی در سراسر جهان آن طور که باید از این انرژی ها استفاده نمی شود و دلیل اصلی این موضوع، وجود مشکلاتی برای ذخیره سازی این انرژی ها است.

انرژی های خورشیدی و انرژی باد اساسا انرژی های ناپایداری هستند؛ زیرا خورشید ۲۴ ساعت نمی تابد و باد هم همیشه با سرعت زیادی نمی وزد؛ بنابراین استفاده از سیستم های ذخیره سازی انرژی برای ایجاد توازن در میزان انرژی در زمان هایی که قدرت انرژی خورشیدی و باد زیاد یا کم است، لازم و ضروری است. فناوری باتری از ۲۶۷ سال قبل تاکون، از زمانی که بنجامین فرانکلین یک سری خازن متصل به یکدیگر را باتری نامید، تغییرات و پیشرفت چشمگیری نداشته است. فناوری های به کار رفته در باتری های که در حال حاضر تولید می شوند و همچنین تعداد آن ها پاسخگوی نیاز رو به رشد جهان برای ذخیره سازی انرژی نیست.

مساله ذخیره سازی انرژی در مورد خودروهای برقی نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. همه ما می دانیم که ظرفیت سوخت های فسیلی در تولید انرژی بسیار بیشتر از ظرفیت ذخیره سازی باتری ها است و تا زمانی که ظرفیت باتری ها در ذخیره سازی انرژی، با انرژی تولید شده توسط سوخت های فسیلی برابری نکند، نمی توان خودروهای بنزینی و دیزلی را به طور کامل از رده خارج کرد.

برای یک مشتری معمولی حرکت از سوی خودروهایی با موتور احتراقی به سمت خودروهای کاملا برقی و یا حتی خودروهای هیبریدی، یک تغییر بزرگ محسوب می شود. باید این مساله را بپذیریم که هر چقدر هم که فناوری باتری های لیتیوم یونی پیشرفته شود، باز هم آن ها سنگین هستند و توانایی آن ها در ذخیره سازی انرژی به تدریج کاهش پیدا می کند. این موضوع صاحبان خودروهای برقی تسلا را در ۵ تا ۱۰ سال آینده مجبور می کند باتری های خودروهای خود را تعویض کنند؛ زیرا توانایی باتری های لیتیوم یونی برای ذخیره سازی انرژی با گذشت ۴ تا ۵ سال به تدریج کاهش پیدا می کند و پس از گذشت ۸ سال در حدود ۳۰ درصد کاهش پیدا می کند. این موضوع نگرانی بزرگی را برای خریداران خودروهای برقی تسلا به وجود آورده است و خود تسلا نیز این موضوع را کاملا پذیرفته است. جالب است بدانید که طبق گفته تسلا هزینه تعویض باتری خودروهای برقی ۱۲۰۰۰ دلار است و حتی طبق اطلاعات ارائه شده در انجمن های Tesla Motor Club، این کار در حدود ۲۵۰۰۰ دلار تا ۴۵۰۰۰ دلار هزینه دربر دارد.

زمانی که فناوری های مرتبط با خودروهای برقی به میزان قابل توجهی توسعه یابد، قیمت آن ها نیز کاهش می یابد و از سویی دیگر با تولید انبوه این خودروها، هزینه ساخت آن ها نیز کاهش پیدا می کند.

مشکل بزرگ دیگری که سازندگان خودروهای برقی با آن مواجه هستند، ظرفیت پیمایشی کم این خودروها است که به دو روش می توان با این مشکل مقابله کرد. نخستین روش افزایش تعداد باتری ها است که طبیعتاً باعث افزایش وزن خودرو نیز می شود و دومین روش، تسریع روند ذخیره سازی انرژی در باتری ها است.

افزایش تعداد باتری ها یک راه حل نسبتا خوب محسوب می شود؛ اما باید دید افزایش تعداد باتری ها میزان ظرفیت ذخیره سازی انرژی در آن ها را تا چه اندازه ای افزایش می دهد؟ میزان ذخیره سازی انرژی در باتری های لیتیوم یونی امروزی نسبت به باتری هایی که شرکت سونی در سال ۱۹۹۱ روانه بازار کرد، به بیش از دو برابر افزایش پیدا کرده است؛ بنابراین اگر دو برابر شدن ظرفیت باتری های لیتیوم یونی در مدت ۲۵ سال، بهترین نتیجه تحقیقات محققان در این مدت زمان بوده است، نمی توان انتظار داشت در آینده تغییرات بزرگی در این زمینه رخ دهد. اکثر محققان در مورد اینکه در آینده ظرفیت ذخیره سازی انرژی در بهترین حالت تا ۳۰ درصد افزایش پیدا می کند، توافق نظر دارند؛ بنابراین می توان نتیجه گرفت که خودروهای کاملا برقی هرگز نمی توانند خودروهای بنزینی یا دیزلی را کاملا از میدان به در کنند.

آیا می دانید چرا تسلا تمام توجه خود را به سمت تولید باتری های لیتیوم یونی معطوف کرده است؟ زیرا تولید باتری های لیتیوم یونی در حال حاضر تنها روش برای پیشبرد اهداف بزرگ الون ماسک است.

البته اشتیاق کارخانه تسلا برای تولید انبوه باتری های لیتیوم یونی به معنای تحولی بزرگ در آینده خودروهای برقی نیست. می توان گفت تسلا جزء شرکت هایی است که فناوری های جدید را برای نخستین بار به کار می گیرد و حتی خود شرکت خالق فناوری های جدید است. قطعا این شرکت از هر گونه فناوری جدیدی که می تواند باعث افزایش ظرفیت ذخیره سازی انرژی شود، استقبال می کند و سرمایه گذاری گسترده در زمینه باتری های لیتیومی نیز مشکل بزرگی برای این شرکت نیست. الون ماسک پیش بینی کرده است باتری ها نمی توانند صنعت خودروهای برقی را متحول کنند؛ اما ابرخازن ها به صورت بالقوه این توانایی را دارند.

دلیل عدم استفاده تسلا از ابرخازن ها چیست؟ ابرخازن ها چندین مزیت نسبت به باتری ها دارند. آن ها می توانند در عرض چند ثانیه شارژ و تخلیه شوند و عمر مفید آن ها ۵۰۰ برابر بیشتر از باتری های لیتیوم یونی است و وسایل کاربردی و کاملا قابل اعتمادی هستند. تمام این موارد مزایای بسیار خوبی هستند؛ اما یکی از معایب اصلی ابرخازن ها که باعث می شود آن ها نتوانند جایگزین خوبی برای باتری ها در خودروهای برقی شوند، تراکم پایین انرژی در آن ها است. ابرخازن ها برای به حرکت درآوردن خودروها و متوقف کردن آن ها و همچنین سیستم های بازیابی انرژی جنبشی، عالی هستند؛ اما این ویژگی ها برای به کار گیری آن ها در خودروهای برقی کافی نیست.

آینده خودروهای برقی

دیر یا زود دوره باتری های لیتیوم یونی به پایان می رسد؛ زیرا محدودیت های آن ها به زودی باعث می شود وسایل دیگری جایگزین آن ها شوند. از میان انواع مختلف خودروهای برقی که در بخش قبلی در مورد آن ها توضیح دادیم، تنها خودروهای برقی پیل سوختی بر پایه فناوری های مرتبط با باتری ساخته نشده اند.

سوخت مورد نیاز خودروهای برقی پیل سوختی یعنی گاز نیتروژن، عنصری است که در همه جا به فراوانی یافت می شود و زمانی که این عنصر از منابع انرژی تجدید پذیر به دست می آید، کل فرایند تولید و مصرف آن بدون هیچگونه آلودگی و انتشار گاز دی اکسید کربن انجام می شود. خودروی تویوتا میرای که در بخش قبل نیز به آن اشاره شد، یکی از بهترین خودروهای برقی پیل سوختی است. دو شرکت تویوتا و هوندا با اشتیاق در حال کار کردن بر روی این نوع از خودروها هستند. دو خودروهای تویوتا میرای و هوندا کِلَریتی در حال حاضر در بازار موجود هستند و رقابت بین این دو شرکت آغاز شده است. شرکت های لکسوس و آئودی نیز ساخت خودروهای هیدروژنی مفهومی خود یعنی LF- LC (لکسوس) و h-tron Quattro (آئودی) را آغاز کرده اند و آن ها را در نمایشگاه خودروی شهر دیترویت آمریکا در معرض نمایش گذاشتند.

هوندا کِلریتی

h-tron Quattro آئودی

LF- LC لکسوس

ممکن است در نگاه اول به نظر برسد که خودروهای پیل سوختی در آینده جایگزین اکثر خودروها خواهند شد؛ اما هنگامی که در نمایشگاه دیترویت از الون ماسک خواسته شد تا نظر خود را در مورد این خودروها بیان کند، وی معتقد بود که این خودروها کاربردی نخواهند بود و فردی به نام رابرات زوربین، گاز نیتروژن را بدترین سوخت ممکن برای خودروها دانست.

اگر دو مشکل بزرگ خودروهای پیل سوختی یعنی تولید گاز نیتروژن و تحویل آن به میزان زیاد به مشتریان را در نظر بگیریم، دلیل نظر منفی این دو فرد در مورد خودروهای پیل سوختی را متوجه می شویم. تولید گاز هیدروژن مخصوصا بدون ایجاد گاز دی اکسید کربن، فرایند پر هزینه ای است و انتقال و تحویل آن به مشتری نیز به همان اندازه پر هزینه است. مشکل دیگری که در مورد تولید این گاز وجود دارد، نیاز به برق است و همه می دانیم برق می تواند به صورت مستقیم نیروی خودروها را تأمین کند؛ پس می توان نتیجه می گرفت که با وجود اینکه خودروهای پیل سوختی برای تأمین نیروی خود نیازی به باتری ندارند، نمی توانند در آینده جایگزین خودروهای امروزی شوند.

پس بهترین کار در مورد تولید نسل جدید خودروها چیست؟ صنعت خودروسازی می تواند به سمت خودروهای برقی حرکت کند که به هیچ وجه آلودگی تولید نکنند و ترکیبی از باتری ها و ابرخازن ها نیروی آن ها را تأمین کند. در این خودروها تعداد بیشتری از باتری ها می توانند برای افزایش ظرفیت پیمایشی خودروها مورد استفاده قرار گیرند و ابرخازن ها نیز می توانند برای تولید انرژی مورد استفاده قرار بگیرند. همچنین ابرخازن ها می توانند در سیستمی که هنگام ترمز گرفتن، انرژی جنبشی را به انرژی الکترونیکی تبدیل می کنند، نیز مورد استفاده قرار بگیرند. حتما با خود می گویید این ویژگی ها برای یک خودرو عالی هستند، درست است؟ باید گفت که این حرف کاملا درست نیست؛ زیرا هم هزینه تولید چنین خودروهایی خیلی زیاد می شود و هم وزن خودروهایی که برای پیمایش مسافت های طولانی ساخته شده اند، به میزان زیادی افزایش پیدا می کند و در صورتی که وزن این خودروها کمی بیشتر از یک خودرو با وزن متوسط باشد، ظرفیت پیمایشی آن بسیار محدود می شود. باتری های لیتیوم یونی با محدودیت ظرفیت ذخیره سازی انرژی مواجه هستند و قطعا باید در آینده جایگزین مناسبی برای آن ها پیدا کرد. ابرخازن ها، گاز نیتروژن، گاز متانول، ترکیبی از فناوری های موجود یا یک وسیله کاملا متفاوت، از جمله مواردی هستند که می توانند جایگزین باتری های لیتیوم یونی شوند.

متاسفانه تسلا تنها شرکتی است که این جرات را به خود داده است که پا را فراتر از مرزهای صنعت خودروهای برقی بگذارد و فناوری های جدیدی را در این عرصه امتحان کند (البته اپل نیز تا حدودی این چنین است). سایر شرکت های خودروسازی تنها به تولید خودروهای هیبریدی اکتفا کرده اند و آزمایش هایی را هم به امید اتفاق افتادن معجزه، در مقیاس هایی کوچک انجام می دهند. موضوعی که بیشتر ما را متعجب می کند این است که حتی با وجود اینکه تسلا سرمایه گذاری عظیمی در جهت ساخت کارخانه عظیم خود و تولید گسترده باتری های لیتیوم یونی انجام داده است، چنانچه در آینده محققان به فناوری جدیدی دست یابند که توانایی جایگزین شدن با باتری های لیتیوم یونی را داشته باشد، الون ماسک با اشتیاق از آن استقبال خواهد کرد و برای آن سرمایه گذاری خواهد کرد.