الهيدروجين أم الكهرباء؟ 3 تقنيات تتنافس على مستقبل السيارات

تخيل سيارة تتحرك بمحرك كهربائي، لكنها لا تعتمد على بطارية ضخمة ولا تحتاج إلى شحنها بالطريقة التي اعتدناها في السيارات الكهربائية.

بدلًا من ذلك، تحمل داخلها الهيدروجين، وتحوله أثناء القيادة إلى الكهرباء التي تمنحها الحركة. هذه الفكرة تبدو للوهلة الأولى بسيطة، لكنها تفتح واحدًا من أكثر الملفات إثارة في مستقبل صناعة السيارات.

الهيدروجين.. رهان مختلف 

لا تراهن شركات السيارات على الهيدروجين باعتباره منافسًا مباشرًا للسيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات، وإنما كحل يمكن أن يعالج بعض التحديات التي تظهر كلما توسع الاعتماد على الكهرباء في قطاع النقل.

مع ازدياد الحاجة إلى مركبات تقطع مسافات طويلة وتعمل لساعات متواصلة وتحمل أوزانًا كبيرة، يصبح حجم البطارية ووزنها ووقت إعادة شحنها عوامل يصعب تجاهلها.

وهنا تظهر خلايا الوقود كخيار يحمل مزايا مختلفة؛ إذ تستطيع المركبات الهيدروجينية الجمع بين الدفع الكهربائي والمدى الطويل، مع إمكانية إعادة التزود بالهيدروجين خلال وقت أقصر من عمليات شحن البطاريات الكبيرة.

هذه الميزة تكتسب أهمية خاصة في المركبات التي لا يناسبها التوقف لفترات طويلة لإعادة الشحن، مثل الشاحنات والمركبات التجارية التي تعتمد أعمالها على التشغيل المستمر.

لذلك، لا يبدو الرهان الحقيقي لشركات السيارات قائمًا على استبدال البطاريات بالهيدروجين، وإنما على توسيع خيارات التنقل الكهربائي بحيث تختار كل تقنية المساحة التي تناسبها. فإذا كانت البطاريات تلائم بدرجة كبيرة السيارات الخاصة والرحلات اليومية، فقد يجد الهيدروجين فرصته الأكبر في المركبات التي تحتاج إلى مدى أطول وتشغيل أكثر كثافة وتوقفات أقصر.

تكشف تلك التحركات أن الهيدروجين قد يجد مستقبله الأقوى بعيدًا عن المنافسة المباشرة على سيارة الركوب التقليدية، وفي القطاعات التي تفرض متطلبات أعلى على المدى والحمولة وسرعة إعادة التزود بالطاقة.

كيف تعمل السيارة الهيدروجينية؟

رغم أن السيارة الهيدروجينية تُصنَّف ضمن عائلة السيارات الكهربائية، فإن طريقة حصولها على الطاقة تختلف جوهريًا عن السيارة الكهربائية التقليدية.

بدلًا من تخزين كمية كبيرة من الكهرباء في بطارية تحتاج إلى شحن من مصدر خارجي، تحمل هذه السيارة الهيدروجين نفسه داخل خزانات مخصصة، وتستعين بخلية وقود تتولى تحويله إلى كهرباء أثناء القيادة نفسها.

تبدأ العملية بانتقال الهيدروجين من الخزان إلى خلية الوقود، حيث يلتقي هناك بالأكسجين القادم من الهواء الخارجي، ليحدث بينهما تفاعل كيميائي ينتج عنه تيار كهربائي.

هذا التيار هو ما يغذّي المحرك الكهربائي المسؤول عن تحريك العجلات، في حين لا يخرج من العملية سوى الماء والحرارة كناتجين ثانويين.

بعبارة أخرى، لا تعتمد النسخة الأكثر شيوعًا من هذه السيارات على حرق الهيدروجين داخل محرك احتراق تقليدي، بل تستخدمه كمادة أولية لتوليد الكهرباء التي يعمل عليها المحرك الكهربائي.

وتتألف المنظومة عادة من خزان للهيدروجين، ومكدس لخلايا الوقود، وبطارية صغيرة أو نظام تخزين طاقة يعمل كوسيط، إضافة إلى المحرك الكهربائي وما يرتبط به من إلكترونيات تحكم.

يجعل هذا التصميم السيارة الهيدروجينية كهربائية في جوهر حركتها، إلا أنها تفترق عن نظيراتها ذات البطاريات في مصدر الكهرباء ذاته: واحدة تولّده أثناء السير، والأخرى تخزّنه مسبقًا.

 سباق الوقود النظيف 

مع تسارع توجه شركات السيارات نحو حلول نقل أكثر استدامة، بدأت تقنية خلايا الوقود الهيدروجينية (Fuel Cell) في الظهور كبديل مختلف للسيارات الكهربائية التقليدية.

ورغم أن انتشارها ما زال محدودًا بسبب قلة محطات التزويد بالهيدروجين، فإن عددًا من الشركات الكبرى قدمت بالفعل سيارات تعمل بهذه التقنية.

Toyota Mirai

تُعد Toyota Mirai واحدة من أشهر السيارات الهيدروجينية في العالم، وأول الطرز التي وصلت إلى مرحلة الإنتاج التجاري بنجاح، معتمدةً على نظام خلايا وقود يحوّل الهيدروجين المخزَّن في خزانات عالية الضغط إلى كهرباء.

وخلف التصميم الفاخر الذي يميز طراز السيدان، تُخفي Mirai تقنيات متطورة تمنحها مدى قيادة طويلًا يتجاوز 600 كيلومتر في بعض نسخها، إلى جانب سرعة لافتة في إعادة التزود بالهيدروجين لا تتعدى بضع دقائق، لتقترب بذلك من تجربة القيادة المألوفة في السيارات التقليدية العاملة بالوقود.

غير أن هذا النجاح التقني يصطدم بعائق أساسي يتمثل في محدودية انتشار محطات الهيدروجين، وهو ما يحصر توفر السيارة عمليًا في الأسواق التي تمتلك بنية تحتية ملائمة، مثل اليابان وبعض مناطق الولايات المتحدة وأوروبا.

Hyundai Nexo

قدّمت Hyundai سيارة Nexo كواحدة من أولى فئة الـSUV العاملة بخلايا الوقود الهيدروجينية، جامعةً بذلك بين عملية السيارات الرياضية متعددة الاستخدامات ونظافة القيادة، وذلك خلفًا لطراز ix35 Fuel Cell الذي مهّد الطريق أمامها لتصبح لاحقًا أحد أبرز نماذج الشركة في مجال التنقل المستدام.

يستمد محركها الكهربائي طاقته من خلية وقود هيدروجينية تمنحه عزمًا فوريًا وقيادة هادئة تشبه ما تقدمه السيارات الكهربائية، بينما تعمل خزانات الهيدروجين الثلاثة على تحقيق مدى قيادة طويل، في مقصورة تجمع أحدث أنظمة التقنية ومساعدة السائق.

ومن خلال Nexo، تسعى Hyundai إلى إثبات أن السيارات الهيدروجينية قادرة على مجاراة الاستخدام اليومي، خصوصًا لدى السائقين الباحثين عن سيارة عائلية تجمع بين المدى الطويل وسرعة التعبئة.

BMW iX5 Hydrogen

إذا كانت Hyundai تراهن على الهيدروجين في فئة الـSUV العملية، فإن BMW تدخل السباق نفسه عبر iX5 Hydrogen، نسخة تعتمد على تقنية خلايا الوقود ضمن هيكل SUV فاخرة، وتأتي كجزء من رؤية الشركة لمستقبل متعدد مصادر الطاقة يتكامل فيه الهيدروجين مع السيارات الكهربائية العاملة بالبطاريات بدل أن يُقصيها.

تجمع iX5 Hydrogen بين أداء السيارات الكهربائية وتجربة القيادة الفاخرة التي عُرفت بها BMW، إذ تنتج خلية الوقود الكهرباء اللازمة لتشغيل المحرك بينما يُخزَّن الهيدروجين في خزانات مخصصة داخل الهيكل، لتحتفظ السيارة بأداء قوي مع ميزة التزود السريع التي تفوق بها الشحن الكهربائي التقليدي.

ورغم أن iX5 Hydrogen لم تتحول بعد إلى سيارة إنتاج جماهيري واسع، فإنها تمثل خطوة مهمة على طريق BMW نحو حلول هيدروجينية مستقبلية، خصوصًا للسيارات الكبيرة التي قد تستفيد من مزايا الهيدروجين كالمدى الطويل وسرعة إعادة التزود بالطاقة.

الهيدروجين أم البطاريات؟ أيهما أكثر كفاءة؟

نأتي الآن إلى التساؤل الأهم: إذا كان الهيدروجين يقدم كل هذه المزايا، فهل يعني ذلك أنه أكثر كفاءة من البطاريات؟ عند النظر إلى الرحلة الكاملة للطاقة، من إنتاجها حتى وصولها إلى عجلات السيارة، فإن الكفة تميل بوضوح إلى السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات.

السيارة الكهربائية تستمد الكهرباء مباشرة من شبكة الشحن، ثم تخزنها داخل البطارية وتحولها إلى حركة عبر المحرك الكهربائي.

أما السيارة الهيدروجينية فتحتاج إلى خطوات إضافية؛ إذ يجب أولًا إنتاج الهيدروجين، ثم ضغطه وتخزينه ونقله إلى محطة التزود، قبل استخدامه داخل خلية الوقود لإنتاج الكهرباء التي تحرك السيارة. وكل مرحلة إضافية تعني فقدان جزء من الطاقة في صورة حرارة أو عمليات تحويل.

ومع ذلك، فإن تفوق البطاريات في كفاءة الطاقة لا يعني أنها تتفوق تلقائيًا في كل جانب. فالهيدروجين يتمتع بكثافة طاقة مرتفعة مقارنة بوزنه، ما يسمح بتخزين قدر كبير من الطاقة دون الاعتماد على بطارية ضخمة وثقيلة.

هذه النقطة تصبح أكثر أهمية عندما نتحدث عن مركبات تحتاج إلى قطع مسافات طويلة أو العمل لفترات متواصلة، مثل الشاحنات والمركبات التجارية الثقيلة.

لذلك، فإن المقارنة الأكثر دقة ليست بين تقنية "أفضل" وأخرى "أسوأ"، وإنما بين كفاءة أعلى للبطاريات مقابل مرونة تشغيلية محتملة للهيدروجين.

ومع استمرار انخفاض تكاليف البطاريات وتوسع شبكة الشحن، تبدو البطاريات الخيار الأكثر كفاءة للسيارات الخاصة في الوقت الحالي، بينما يحتفظ الهيدروجين بفرصة أقوى في الاستخدامات التي تجعل الوزن والمدى ووقت التوقف عوامل حاسمة.

المدى الطويل.. الورقة التي تدفع الهيدروجين إلى المنافسة

رغم الأفضلية التي تتمتع بها السيارات الكهربائية بالبطاريات في الكفاءة وسهولة الاستخدام وانتشار البنية التحتية، يمتلك الهيدروجين ورقة قد تدفعه إلى المنافسة بقوة في بعض فئات المركبات: القدرة على الجمع بين مدى طويل وإعادة التزود بالطاقة خلال وقت قصير.

ويرتبط ذلك بطبيعة الهيدروجين نفسه، الذي يمتلك كثافة طاقة مرتفعة من حيث الوزن، ما يسمح بتخزين كمية كبيرة من الطاقة دون الحاجة إلى حزمة بطاريات ضخمة وثقيلة.

ولهذا تستطيع سيارات خلايا الوقود تحقيق مدى طويل في بعض التطبيقات، مع الاحتفاظ بوزن أقل نسبيًا مقارنة بما قد تتطلبه مركبة كهربائية بالبطارية إذا احتاجت إلى تخزين قدر مماثل من الطاقة.

وتظهر هذه الميزة بصورة أكبر عندما تكون السيارة مطالبة بقطع مسافات طويلة بصورة متكررة؛ فإعادة تزويد سيارة الهيدروجين بالوقود يمكن أن تتم خلال دقائق، بدلًا من الانتظار لفترة أطول لشحن بطارية كبيرة.

هذا الفارق قد يصبح حاسمًا في الشاحنات والمركبات التجارية التي لا يمثل الوقت فيها مجرد عنصر من عناصر الراحة، وإنما يكون جزءًا مباشرًا من كفاءة التشغيل والإنتاجية.

لكن امتلاك السيارة مدى طويلًا لا يعني أن هذه الميزة قابلة للاستفادة منها في كل مكان، حيث إن القيمة الحقيقية للهيدروجين ترتبط بوجود شبكة كافية من محطات التزود، إلى جانب توافر الهيدروجين بسعر يجعل استخدامه منطقيًا للمستهلك والشركات. ومن دون هذه العناصر، تظل أفضلية المدى وسرعة التزود ميزة تقنية أكثر منها ميزة عملية.

لذلك، قد لا يكون السؤال هو ما إذا كان الهيدروجين قادرًا على منافسة البطاريات في كل السيارات، وإنما أين تكون ميزته أكثر قيمة؟ وهنا يبرز المدى الطويل وسرعة إعادة التزود كعاملين قد يمنحان سيارات خلايا الوقود فرصة أقوى، خصوصًا في القطاعات التي لا تحتمل التوقف الطويل أو الوزن الإضافي للبطاريات الكبيرة.

مستقبل السيارات.. عصر تقاسم الأدوار

بعد كل هذا الجدل حول أيهما سيحسم مستقبل السيارات، قد تكون الإجابة أبعد عن فكرة الفائز الأوحد مما تبدو عليه. المشهد خلال السنوات المقبلة مرشح لأن يتشكل حول أكثر من منظومة دفع كهربائية، تختار كل منها موقعها وفق طبيعة السيارة والاستخدام الذي صُممت من أجله.

ولكن حتى الآن تحتفظ السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات بالموقع الأقوى في سوق السيارات، مدفوعة بكفاءتها العالية في استخدام الطاقة، وتراجع تكاليف البطاريات مقارنة بالسنوات الماضية، إلى جانب الانتشار المتسارع لشبكات الشحن.

أما الهيدروجين، فيحاول بناء مساحة مختلفة داخل هذا المستقبل، مستفيدًا من المزايا التي يصعب على البطاريات تقديمها بالكفاءة نفسها في بعض التطبيقات.

وتبرز هنا المركبات التجارية والشاحنات الثقيلة والرحلات الطويلة، حيث يصبح المدى ووزن منظومة الطاقة وسرعة إعادة التزود عوامل أكثر أهمية، وقد تجعل خلايا الوقود خيارًا يستحق الاستثمار.

لكن انتقال الهيدروجين من مرحلة الرهان الصناعي إلى الانتشار الواسع لن يتوقف على تطوير السيارة وحدها، فالأمر يحتاج إلى إنتاج كميات أكبر من الهيدروجين منخفض الانبعاثات، وخفض تكلفة خلايا الوقود وخزانات التخزين، إلى جانب بناء شبكة واسعة من محطات التزود. ومن دون هذه المنظومة المتكاملة، ستظل المزايا التقنية للهيدروجين محدودة الأثر على أرض الواقع.

على الجانب الآخر، لاتزال سيارات البنزين والديزل تتمتع بانتشار هائل وبنية تحتية راسخة، إلى جانب سهولة التزود بالوقود وتوافره في معظم الأسواق.

ولهذا ستظل حاضرة بدورها خلال المرحلة الانتقالية، وإن كانت تواجه ضغوطًا متزايدة من التشريعات البيئية وتوجه الشركات نحو خفض الانبعاثات، بالتزامن مع توسع الخيارات الكهربائية.

وهكذا قد لا يكون مستقبل السيارات انتقالًا مباشرًا من البنزين إلى الهيدروجين أو البطاريات، وإنما مرحلة تتعايش فيها التقنيات الثلاث بدرجات مختلفة. وستحدد عوامل مثل نوع المركبة، وطبيعة الاستخدام، وتكلفة الطاقة، والبنية التحتية، والتشريعات البيئية، التقنية الأكثر ملاءمة لكل سوق.