سوخت‌های جایگزین

سوخت‌های جایگزین: راهی به سوی آینده‌ای پاک‌تر

انواع سوخت‌های جایگزین و نحوهٔ تولید آن‌ها

سوخت‌های جایگزین به منابع انرژی‌ای گفته می‌شود که بر پایهٔ نفت خام نیستند و معمولاً آلودگی کمتری تولید می‌کنند. این سوخت‌ها را می‌توان به چند دستهٔ اصلی تقسیم کرد.

به عنوان مثال، بیواتانول یک سوخت زیستی است که از تخمیر گیاهانی مانند نیشکر به دست می‌آید. واکنش شیمیایی ساده‌ای که در این فرآیند اتفاق می‌افتد را می‌توان این‌گونه نشان داد:

مزایا و معایب کلیدی سوخت‌های پاک

استفاده از سوخت‌های جایگزین مانند هر فناوری دیگری، مزایا و معایبی دارد که درک آن‌ها برای تصمیم‌گیری دربارهٔ آینده مهم است.

مزایا:

• کاهش آلودگی هوا: خودروهای برقی و هیدروژنی هیچ آلاینده‌ای از اگزوز خود خارج نمی‌کنند و به بهبود کیفیت هوا در شهرها کمک می‌کنند.
• انرژی تجدیدپذیر: منابعی مانند خورشید و باد تمام‌نشدنی هستند، برخلاف نفت که روزی به پایان می‌رسد.
• امنیت انرژی: کشورها می‌توانند با تولید سوخت‌های داخلی (مانند برق از خورشید)، وابستگی خود به نفت وارداتی را کاهش دهند.

معایب و چالش‌ها:

• هزینه بالا: ساخت خودروهای برقی یا ایستگاه‌های سوخت هیدروژن در حال حاضر بسیار پرهزینه است.
• زیرساخت‌ها: برای استفاده گسترده از خودروهای برقی، به تعداد زیادی ایستگاه شارژ در سطح شهر نیاز داریم که احداث آن‌ها زمان‌بر است.
• مصرف منابع: تولید باتری‌های لیتیومی برای خودروهای برقی به موادی نیاز دارد که استخراج آن‌ها می‌تواند برای محیط‌زیست مضر باشد.

خودروهای الکتریکی چگونه کار می‌کنند؟

خودروهای الکتریکی (EVs)[2] محبوب‌ترین نمونه از فناوری سوخت جایگزین هستند. برخلاف خودروهای بنزینی که یک موتور احتراق داخلی دارند، این خودروها با یک موتور الکتریکی بزرگ کار می‌کنند که نیروی آن از یک باتری قابل شارژ بزرگ تأمین می‌شود.

وقتی پدال گاز را فشار می‌دهید، انرژی ذخیره‌شده در باتری به موتور الکتریکی می‌رسد. موتور با چرخش، این انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و چرخ‌ها را به حرکت درمی‌آورد. یکی از مزایای جالب این خودروها «ترمز احیاکننده» است. وقتی ترمز می‌گیرید یا پایتان را از روی گاز برمی‌دارید، موتور برعکس عمل کرده و مانند یک ژنراتور، انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و کمی باتری را شارژ می‌نماید؛ درست مانند زمانی که با دینام دوچرخه، چراغ آن را روشن می‌کنید!

مقدار انرژی ذخیره‌شده در باتری با واحدی به نام کیلووات‌ساعت (kWh) اندازه‌گیری می‌شود. برای مثال، اگر یک خودروی برقی دارای باتری 60 kWh باشد و هر kWh آن برای پیمودن 6 کیلومتر کافی باشد، مسافت قابل پیمایش آن تقریباً خواهد بود: $ 60 \times 6 = 360 $ کیلومتر.

پیل سوختی هیدروژنی؛ موتوری که فقط آب تولید می‌کند

پیل سوختی[3] فناوری دیگری است که مانند یک باتری کار می‌کند، اما به جای ذخیره‌سازی انرژی، آن را تولید می‌کند. تنها سوخت مورد نیاز آن هیدروژن و اکسیژن هوا است و خروجی آن فقط برق، گرما و آب است!

درون یک پیل سوختی، هیدروژن (H₂) به یون‌های مثبت (پروتون) و الکترون‌های منفی تقسیم می‌شود. الکترون‌ها از یک مدار خارجی عبور کرده و جریان الکتریکی تولید می‌کنند (که می‌تواند یک موتور را به کار بیندازد). در نهایت، این الکترون‌ها و پروتون‌ها در طرف دیگر با اکسیژن (O₂) ترکیب شده و آب (H₂O) تشکیل می‌دهند. معادله کلی این واکنش شیمیایی به صورت زیر است:

خودروهای هیدروژنی با این فناوری، سریع‌تر از خودروهای برقی شارژ می‌شوند و مسافت طولانی‌تری را می‌پیمایند. اما بزرگ‌ترین چالش، تولید و ذخیره‌سازی ایمن هیدروژن است.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹CNG (Compressed Natural Gas): گاز طبیعی فشرده‌شده که عمدتاً از متان تشکیل شده است. به عنوان سوختی پاک‌تر از بنزین و گازوییل در خودروها استفاده می‌شود.

²خودروی الکتریکی (Electric Vehicle - EV): به خودرویی گفته می‌شود که برای حرکت به جای موتور احتراق داخلی، از یک یا چند موتور الکتریکی که نیروی خود را از باتری‌های قابل شارژ می‌گیرند، استفاده می‌کند.

³پیل سوختی (Fuel Cell): یک مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است که با واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، برق تولید می‌کند و محصول فرعی آن فقط آب و گرما است.