هذه المقالة برعاية إيتون.
وبما أن قطاع النقل لا يزال القطاع الأكبر في الانبعاثات عندما يتعلق الأمر بالغازات الدفيئة، فإن التركيز على الكهرباء يتزايد.
نمو مبيعات السيارات الكهربائية كان كبيراً بارتفاع 168 بالمائة في النصف الأول من عام 2021 مقارنة بعام 2020 - مع مبيعات قوية بشكل خاص في الصين وأوروبا بسبب التفويضات الحكومية ومعايير الانبعاثات. بالإضافة إلى ذلك، أكثر من اثنتي عشرة دولة أعلنت عن أهداف للمركبات الخالية من الانبعاثات أو التخلص التدريجي من المركبات ذات محركات الاحتراق الداخلي في العقدين المقبلين.
هذا الأسبوع في COP26، كان إزالة الكربون من قطاع النقل محورًا رئيسيًا. ولكن في حين أن العالم في طريقه إلى تحقيق تقدم في تكنولوجيا السيارات الكهربائية، إلا أنه لا يزال هناك جزء رئيسي واحد من جهود إزالة الكربون لا يزال يتعين معالجته: المركبات الثقيلة.
تمثل الشاحنات ومركبات البناء لمسافات طويلة، المعروفة بالسير لساعات طويلة ولعدة مئات من الأميال في المرة الواحدة أكثر من 20 بالمئة من انبعاثات وسائل النقل. والطريق إلى إزالة الكربون لهذه المركبات أكثر وعورة، بسبب الكمية الكبيرة من الطاقة الكهربائية اللازمة لإنجاز وظيفتها. حيث أن تشغيل بطارية السيارة في محطة الشحن يكفي لتشغيل سيارتك الكهربائية الشخصية، فإن المركبات الثقيلة تتطلب بطاريات هائلة وعدة ساعات من الشحن لتخزين أكثر من 50 ضعف هذه الطاقة.
حتى مع الأحدث تقنية الشحن فائقة السرعة، فإن السيارة الكهربائية الثقيلة ستكتسب نطاقًا يتراوح من ميلين إلى ثلاثة أميال فقط في الدقيقة من وقت الشحن. ولوضع ذلك في الاعتبار، فإن إعادة التزود بالوقود بوقود الديزل يصل إلى 100 ميل في الدقيقة. باختصار، الكهرباء وحدها ليست الحل لإزالة الكربون. ومع ذلك، هناك وعد بالهيدروجين.
الوعود والتحديات لخلايا الوقود الهيدروجيني
واحد حل قابل للحياة إن إزالة الكربون من المركبات الثقيلة ذات المسافات الطويلة اليوم يتم من خلال الهيدروجين الأخضر. لقد نجحت صناعة النقل في استخدام حلول الهيدروجين للمركبات الخفيفة، ومع ذلك، فإن مجرد توسيع نطاق التكنولوجيا للمركبات الثقيلة ليس بالأمر السهل.
إن توسيع نطاق خلايا الوقود للتطبيقات الثقيلة يضع متطلبات جديدة ومختلفة تمامًا من حيث العمر والكفاءة والتكلفة. ومع ذلك، تقدم إيتون حلولاً مثيرة في كل مجال:
1. الحصول على تدفق الهواء الصحيح
خلية الوقود هي جهاز لتحويل الطاقة ينتج الكهرباء عن طريق دمج الهيدروجين والأكسجين في الماء. ومع ذلك، فإن التدفق الدقيق للأكسجين إلى خلية الوقود أمر بالغ الأهمية لأنه يتحكم في إنتاج الكهرباء، ويمكن أن يشكل تحديًا كبيرًا.
وهنا يأتي دور شركة Eaton. لقد كانت شركة Eaton في طليعة تكنولوجيا التحكم في الهواء من خلال مضخات الهواء التي تعمل بالكهرباء لأكثر من 20 عامًا. بسبب خبرتها، إيتون بالتعاون مع وزارة الطاقة الأمريكية لمواصلة التقدم في هذا المجال.
تعتبر مضخة الهواء أكبر مستهلك للكهرباء داخل خلية الوقود، حيث يستخدم حوالي 15-20 بالمائة من الإنتاج الكهربائي لتشغيل المضخة. ولهذا السبب تعمل إيتون على تقليل كمية الكهرباء التي يستخدمها جهاز التحكم في الهواء إلى النصف.
إن تحقيق هذا المستوى من الكفاءة دون التضحية بالأداء، وفي الوقت نفسه زيادة المتانة والحفاظ على تكلفة مقبولة، يعد جزءًا أساسيًا من سياسة وزارة الطاقة "أرض الهيدروجين"برنامج لتكييف خلايا الوقود لتلبية احتياجات الشاحنات الثقيلة والمسافات الطويلة.
2. التحكم الدقيق بالهيدروجين
بالإضافة إلى التحكم في تدفق الهواء، يقوم إيتون أيضًا بفحص جانب إمداد الهيدروجين في خلية الوقود. تعمل أنظمة إمداد الهيدروجين التقليدية على مقايضة التكلفة والمتانة مقابل الأداء والكفاءة. من خلال تقديم الابتكار في دائرة الهيدروجين، فإن نهج إيتون قادر على التحكم بكفاءة ودقة في التدفق الذي يدخل إلى خلية الوقود وإعادة تدوير الفائض.
ومن خلال الدقة، نتجنب إهدار الهيدروجين وبالتالي تحسين الكفاءة الإجمالية. لا تتعلق هذه الحلول بالمركبات الثقيلة التي تسير على الطرق فحسب، بل قد تؤدي أيضًا إلى تقدم في إزالة الكربون من دفع الطائرات.
3. إدارة الطاقة الكهربائية
تستخدم معظم مركبات الهيدروجين الخفيفة خلية وقود صغيرة لشحن بطارية كبيرة تقوم بدورها بتشغيل محرك كهربائي. يعمل هذا المفهوم بشكل جيد لأن السيارات لديها متوسط سحب طاقة منخفض نسبيًا وتحتاج فقط إلى طاقة عالية لفترة قصيرة من الوقت. النظام الكهربائي بسيط أيضًا لأن خلية الوقود لا تتفاعل مباشرة مع المحرك.
لكن توسيع نطاق هذا المفهوم ليشمل الشاحنات الثقيلة من شأنه أن يؤدي إلى بطاريات كبيرة للغاية - حوالي خمسة أضعاف حجم بطاريات السيارات الكهربائية. بالنسبة للشاحنات، الحل المثالي هو خلية الوقود التي تعمل بكفاءة على جميع مستويات الطاقة وتستخدم بطارية أصغر بكثير فقط لبدء وتخزين طاقة الفرامل.
ومع ذلك، فإن هذا يمثل تحديًا جديدًا: يجب أن يصبح النظام الكهربائي أكثر تعقيدًا لأنه يحتاج إلى مزج الطاقة من ثلاثة مصادر: خلية الوقود؛ البطارية؛ والمحرك الكهربائي. وهذه، مرة أخرى، مساحة معروفة لشركة Eaton، التي تتمتع بخبرة واسعة النطاق في مجال الشبكات الصغيرة في إدارة الطاقة الكهربائية في بيئات مماثلة. وتقوم إيتون بإعادة تطبيق تلك المعرفة في تطبيقات المركبات الهيدروجينية، لتقليل الحاجة إلى البطاريات في نهاية المطاف.
ومن خلال معالجة توليد الكهرباء من خلية الوقود، والبطارية الأصغر حجمًا، ومجموعة نقل الحركة الكهربائية، تهدف إيستون إلى تقليل حجم البطارية في مركبة ثقيلة بمعامل يتراوح من ثلاثة إلى خمسة. وهذا لا يقلل من التكاليف الأولية للمركبة فحسب، بل يقلل أيضًا من وزنها، مما يؤدي بدوره إلى تحسين قدرة الشحن لشاحنة خلايا الوقود.
إزالة الكربون من جميع الزوايا
من الواضح أن الهيدروجين الأخضر سيلعب دورًا حاسمًا في مستقبل صافي الانبعاثات الصفرية. لا يطلق أي انبعاثات كربونية ويمكن إنتاجه من مصادر متجددة. وبينما لا تزال هناك تحديات يجب التغلب عليها، فإن إيتون يساعد في تمهيد الطريق. تقع هذه التحديات في النقطة المثالية للشركة: التقارب بين القوى الكهربائية والميكانيكية.
يتماشى عمل إيتون في هذا المجال أيضًا مع مهمة الشركة - لتحسين نوعية الحياة والبيئة - ومع مشروعها الطموح القائم على العلم. أهداف الاستدامة لعام 2030. التزمت إيتون بخفض انبعاثات الكربون في النطاق 3 من تقنياتها وعبر سلسلة القيمة الخاصة بها بنسبة 15 بالمائة بحلول عام 2030. وإنفاق 3 مليارات دولار على البحث والتطوير للحلول المستدامة في نفس الإطار الزمني.
ستساعد خبرة إيتون في التحكم في المركبات ومجموعة نقل الحركة، بالإضافة إلى خبرتها في إدارة تدفقات الغاز والكهرباء، على تطوير حلول خالية من الانبعاثات تتسم بالكفاءة والموثوقية والآمنة والفعالية من حيث التكلفة للمستقبل.
المصدر: https://www.greenbiz.com/article/decarbonizing-heavy-duty-transportation-hydrogen-answer
