مقارنة التقنيات المختلفة للسيارات

العوامل المختلفة لتقييم السيارة:

·   سرعة وسهولة تموين السيارة بالوقود.

·   المسافة المقطوعة بالوقود الممون للسيارة.

·   السرعة القصوى للسيارة على الطريق.

·   كمية التلوث النجم عن السيارة.

ولذلك تكون التقنية التي سوف تسود هي خليط بين أن تكون السيارة عملية أو ذات كفاءة  . 

سيارات خلايا الوقود:

خلايا الوقود التي تستخدم الهيدروجين النقي تكون كفاءتها 80%. ولكن باستخدام معدل الوقود فإن الكفاءة تقل لتصل إلى 30-40 %.

ولتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية وهو ما يتم عن طريق الموتور الكهربائي وتصل كفاءة الموتور المحول إلى حوالي 80% . وحيث أننا نحصل على كفاءة 30-40% مع استخدام الميثنول و80% لتحويل الكهرباء إلى قدرة ميكانيكية فإن ذلك يعطي كفاءة إجمالية في حدود من 24 إلى 32 %.

سيارات البنزين:

كفاءة سيارات المدارة بالبنزين تكون منخفضة. فإن الحرارة المفقودة في العادم والتي تذهب خلال المشع هي طاقة مفقودة. ويستخدم المحرك طاقة كبيرة لإدارة ملحقات مختلفة مثل المضخات, المراوح, المولد والتي تساعد على سير السيارة. وعليه يكون كفاءة محرك البنزين الإجمالية في حدود 20%. أي حوالي 20% من الطاقة الحرارية الموجودة في البنزين يمكن تحويلها إلى شغل ميكانيكي.

سيارات كهربائية تعمل بالبطارية:

هذه السيارة عالية الكفاءة. معظم البطاريات لها كفاءة 90% (بعض البطاريات تولد عادم أو تحتاج إلى حرارة), وكفاءة الموتور الكهربائي/ المحول تكون في حدود 80%, فإن ذلك يعطي كفاءة أجمالية في حدود 72%.

ولكن الكهرباء التي تستخدم لشحن بطارية السيارة تتولد في مكان أخر يستخدم الاحتراق لتوليد الكهرباء (ليست عن طريق المحطات النووية أو الطاقة الشمسية أو مساقط المياه, أو الرياح), وعليه فإن كفاء تحويل الوقود عن طريق محطة توليد الكهرباء تكون في حدود 40%. ولشحن بطارية السيارة نحتاج إلى تحويل التيار المتردد (AC) إلى تيار ثابت (DC) الذي تكون كفاءته 90%.  فبالنظر إلى الدائرة الكلية لتوليد الطاقة تكون كفاءة السيارة الكهربائية 72%, وكفاءة محطة توليد الكهرباء 40%,  90% لشحن البطارية. فإن ذلك يعطي كفاءة إجمالية 26%. وتختلف تلك الكفاءة حسب نوع محطة توليد الكهرباء. فعند استخدام كهرباء مولدة من مساقط المياه أو من الرياح فترتفع الكفاءة إلى 65%.

تطبيقات استخدام خلايا الوقود

السيارات المستخدمة لوقود الهيدروجين (عن طريق خلايا الوقود)  لتوليد كهرباء لإدارة موتور كهربائي:

سيارة أوبل (هيدو جين3) Opel (Hydro Gen3)

تسير عن طريق مجموعة خلايا الوقود تتكون من 200 خلية من نوع PEM متصلة على التوالي. تحويل الطاقة فيها يتم بدون أي ضوضاء حيث أنه ليس هناك أجزاء متحركة وليس هناك أي تآكل أو استهلاك. مجموعة خلايا الوقود لها خرج 129 كيلووات. والمحرك له قدرة 60 كيلووات. وتسمح كفاءة الإدارة أن تعجل السيارة من صفر إلى 100 كليومتر/ساعة خلال 16 ثانية وتصل إلى 150 كيلومتر/ساعة كأقصى سرعة.

السيارة المستخدمة لوقود الهيدروجين في محرك احتراق داخلي بدلاً من البنزين:

فالسيارة بي أم دابليو 745 أتش (BMW 745h)   فإنها تستخدم الهيدروجين مع محرك الاحتراق الداخلي (بدلاُ من مجموعة خلايا الوقود). محركات الاحتراق بالهيدروجين تستخدم نفس تقنية محركات الاحتراق الداخلي 4 أشواط, ولكن تحرق هيدروجين بدلاُ من البنزين. للمحرك قدرة 135 كيلووات.

السيارة المستخدمة لوقود الميثانول وتحويله إلى هيدروجين بالسيارة واستخدام الهيدروجين في خلايا الوقود:

والسيارة ديملر كريزلر (ني كار5) (NECAR 5) تستخدم الميثانول. يتم تحويل الميثانول في السيارة. وقدرة مجموعة خلايا الوقود 75 كيلووات. والمحرك المستخدم له قدرة 55 كيلووات.

سيارات خلايا الوقود:

السيارة التي تسير بخلايا الوقود تكون مشابها للسيارة الكهربائية ولكنها تعمل عن طريق خلايا الوقود ومعدل للوقود بدلاً من البطارية. وفي الغالب سيتم تموين السيارة بالميثانول, ولكن هناك العديد من شركات السيارات تحاول تطوير معدل للوقود يعمل بالبنزين. وبعض الشركات تحاول أن تستغني عن معدل الوقود نهائياً وتعمل على تطوير نظام تخزين وتموين بالهيدروجين.

ويتم حاليا تجربة سيارة هوندا أف سي أكس Honda (FCX) في مناطق عدة من أمريكا واليابان وأوربا تحت ظروف مناخية مختلفة لتقييم الأداء واكتشاف الأعطال. وهي ذات قدرة 107 حصان (80 كيلووات) وعزم مساوي 201 رطل-قدم, وسرعة قصوى 93 ميل/ساعة ومدى 120 ميل.  

حافلات خلايا الوقود:

تسير حاليا حافلات خلايا الوقود في العديد من المدن. وتعتبر الحافلة أو التطبيقات لاستخدام خلايا الوقود. حيث أن الخلايا تحتاج أن تكون كبيرة لتولد طاقة كافية لتسيير السيارة. وقد كان 1/3 أول حافلة تسير بخلايا الوقود ممتلئ بخلايا الوقود والمعدات الخاصة بها. ولكن الآن كثافة الطاقة زادت إلى الحد الذي يمكن فيه وضع خلايا الوقود بالسيارة.

وتتوقع شركة تويوتا  أن تكون سيارة خلايا الوقود بالأسواق بشكل تجاري في حدود سنة 2010 وذلك نتيجة التكاليف المرتفعة والحاجة إلى  تطوير تقنية شحن خلايا الوقود لزيادة مدى السير. وتحاول شركة تويوتا تخفيض تكلفة السيارة  من 1 مليون دولار إلى 50000 دولار بحلول عام 2015.  وتأمل شركة فورد ليصبح أنتاج سيارة الهيدروجين جاهز بحلول عام 2010 حيث تكون تكلفة الخلية في حدود 5000 دولار.