شحن مستقبلنا بالطاقة مدخل الى الطاقة المستدامة

روبرت ل. إيفانز

ص226

 المركبات البرية

من أجل تزويد النقل البري بالوقود في المستقبل، وبخاصة المركبات ،العادية كان هناك رهان كبير حول استخدام الهيدروجين كحامل للطاقة، الذي بحسب كثير من المؤلفين ورؤى المستقبل سوف يدخل في «اقتصاد الهيدروجين». يدعي مؤيدو اقتصاد الهيدروجين أن استخدام الهيدروجين كوقود للنقل سوف ينهي إنتاج أي انبعاثات ضارة من عوادم المركبات على الطرقات. بالطبع، هذا صحيح بالنسبة إلى المركبة نفسها، لكن كما لاحظنا في مناقشتنا لسلسلة تحويل الطاقة في الفصل الثاني، يمثل ذلك جزءاً واحداً من الصورة الكاملة لاستخدام الطاقة. وسوف يكون الهيدروجين بالتحديد حامل طاقة مثل البنزين أو الكهرباء حالياً، وسيكون مطلوباً للتصنيع من أحد مصادر الطاقة الأولية الثلاثة. إذا حدد هذا المصدر الأولي ليكون وقوداً كربوهيدراتياً كالغاز الطبيعي أو الفحم الحجري، فإن جميع الكربون الموجود في مصدر الطاقة الأولي سوف ينتهي كغاز CO2 عند نقطة إنتاج الهيدروجين من ناحية أخرى، إذا تم إنتاج الهيدروجين من مصدر طاقة أوّلي أكثر استدامة، مثل الطاقة المتجددة أو الطاقة النووية، عندها لن يكون هناك بالطبع إنتاج لغازات الدفيئة في أي مكان في سلسلة تحويل الطاقة. يُبيّن الشكل (9-2) رسماً تخطيطياً لتوضيح سلسلة تحويل الطاقة من أجل

الشكل (9-2) سلسلة تحويل الطاقة في مركبة خلية - وقود.

استخدام الهيدروجين بالطريقة أعلاه. يُوضح هذا الرسم التخطيطي أن مصدر الطاقة الأولي هو من بعض أشكال الطاقة المستدامة، ممثلةً بطاقة الرياح المُولّدة للكهرباء في الشكل، لكن هذا المصدر يمكن أن يكون طاقة شمسية، أو أي مصدر آخر من الطاقة المتجددة أو الطاقة النووية. بمتابعة سلسلة تحويل الطاقة، نجد أن الكهرباء سوف تُستخدم بعدئذ لإنتاج الهيدروجين بواسطة التحليل الكهربائي للماء، وبعدها سوف يُضغط الهيدروجين، أو يُحوّل إلى شكل سائل، من أجل التخزين على متن المركبة. وسوف تستخدم المركبة قيادة كهربائية تامة، حيث تستخدم وحدة خلايا وقود لتوليد الكهرباء عند الطلب من الهيدروجين، التي سوف تُزوّد بعد ذلك إلى محرك كهربائي، مُوفّراً الطاقة الميكانيكية لقيادة المركبة.

من حيث المبدأ، إن خلية الوقود هي عبارة عن جهاز تحويل طاقة كهروكيميائي بسيط جداً الذي يحوّل الطاقة الكيميائية، المخزنة في وقود كالهيدروجين مباشرةً إلى طاقة كهربائية. تم اختراع خلية الوقود عام 1839 من قبل المخترع الويلزي (البريطاني) السير وليام عاماً غروف Sir William Grove) حوالي خمسين قبل أن يصبح محرك الاحتراق الداخلي حقيقةً، وكوَّن فضولاً علمياً بشكل جوهري خلال الـ 120 سنة اللاحقة في ستينيات القرن الماضي، تم تطوير خلايا وقود عملية بغية استخدامها في السفن الفضائية لكي تؤمن مصدراً متواصلاً من الطاقة الكهربائية للمركبة الفضائية باستخدام الهيدروجين السائل الذي كان أيضاً يستخدم كوقود للدفع. بعدئذ، في سبعينيات القرن الماضي بدأت شركات عدة بتطوير خلايا وقود لتوليد الكهرباء بدلاً من محطات الطاقة التقليدية التي تعمل على محركات الاحتراق الداخلي أو البخار. هناك أنواع مختلفة ومتعددة من تصاميم خلايا الوقود، لكن معظمها تعمل أولاً بفصل ذرة الهيدروجين إلى بروتون موجب الشحنة، وإلكترون سالب الشحنة، وبعدئذ يرسل الإلكترون عبر دارة خارجية ليعود وينضم مع البروتون وجزيء أكسجين ليشكل ماء. إذا زوّد الهيدروجين والأكسجين باستمرار إلى خلية الوقود، فإن هذه العملية سوف تؤدّي إلى تيار من الإلكترونات، أو إلى تيار كهربائي يمكن أن يغذّى بعدئذٍ إلى الشبكة الكهربائية، أو يستخدم مباشرة لتغذية محرك كهربائي. كذلك، تتابع حالياً خلايا الوقود كمصدر طاقة محتمل في المركبات، وتعتبر خلية الوقود نوع Proton Exchange) (Membrane - EM (غشاء تبادل بروتون أو غشاء محلول كهربائي بوليميري) التصميم المألوف المختار من أجل هذه التطبيقات. ومن محاسن خلايا وقود التبادل البروتوني (PEM) في هذه التطبيقات هو أنها تعمل عند درجات حرارة منخفضة نسبياً (حوالي 80 درجة مئوية)، وهي صغيرة الحجم مقارنةً بالتصاميم الأخرى التي تعتبر كلها مفضلة لتطبيقات توليد الطاقة الثابتة الكبيرة.

يُوضح الشكل (9-3) عمل خلية الوقود (PEM) من نوع تبادل بروتوني، الذي يُبين صفيحتين هما الأنود والكاثود، منفصلتين عن بعضهما بعضاً بواسطة إلكتروليت (محلول) كهربائي). يتم تزويد الوقود، على شكل هيدروجين نقي باستمرار إلى الأنود، بينما يزوّد الأكسجين أو الهواء إلى الكاثود. يتم تلبيس المصعد بمادة وسيطة (محفزة) من معدن ثمين، عادة البلاتين، التي تساعد على تأين ذرات الهيدروجين إلى تيارين منفصلين من البروتونات (مبينة كـ (H) وإلكترونات (مبينة كـ (ع) في هذه الحالة يكون الإلكتروليت هو عبارة عن غشاء بوليميري صلب، تم تطويره أولاً بواسطة شركة دوبون (Dupont) تحت الاسم

الشكل (9-3) عمل خلية وقود تبادل بروتوني ذات غشاء محلول كهربائي بوليميري.

التجاري نافيون (Nafion). إن الغرض من هذا الغشاء العازل لتبادل البروتونات» هو لإيقاف عبور الإلكترونات من الأنود (Anode) إلى الكاثود، بينما في الوقت نفسه السماح للبروتونات بالعبور من خلاله. تجبر بعدئذٍ الإلكترونات على العبور خلال دارة خارجية، حيث إنها تقوم بتوفير تيار كهربائي مُناسب لتشغيل محرك كهربائي مثلاً خلال طريقها إلى الكاثود (Cathode). بعدئذٍ تتحد الإلكترونات على الكاثود مع البروتونات التي عبرت عبر المحلول الكهربائي ومع ذرات الأكسجين من الهواء، لتشكل جزيئات الماء. إن النواتج الأخرى من خلية الوقود، بالإضافة إلى التيار الكهربائي الخارجي، هي الماء والحرارة فقط. يبين الشكل خلية وقود واحدة، التي تولد حوالى 0.7 فولت، بينما عملياً يتم ربط خلايا عدة مع بعضها البعض وتوضع في رزمة خلايا وقود بحيث توفر المجموعة فرق جهد إجمالي أعلى. على الرغم من بساطة خلية الوقود من ناحية المبدأ، ومن دون أجزاء متحركة، ففي الحقيقة تصبح أي وحدة طاقة مستقلة وكاملة، مؤلفة من مجموعة خلايا ،وقود نوعاً ما مُعقدة أكثر مع  الحاجة إلى ضواغط للتغلب على هبوط ضغط الوقود وتدفق الهواء عبر المجموعة. يجب أيضاً أن يكون وقود الهيدروجين نقياً جداً، وينبغي الا يحتوي على أي أثر لأول أكسيد الكربون، لأن هذا الأكسيد سوف يسمم المادة المُحفّزة بسرعة، ويمنع تأين الهيدروجين بكفاءة عند الكاثود. تعتبر مجموعات خلايا الوقود نوع التبادل البروتوني (PEM) أيضاً غالية الثمن جداً في حالة التطوير الحالية بالمقارنة مع محركات الاحتراق الداخلي مثلاً، وبشكل رئيس بسبب الحاجة إلى البلاتين كمادة محفّزة إن التطوير الأكثر حداثة هو المحاولة لتخفيض كلفة المواد المُحفّزة وأن خليطاً من البلاتين والروثينيوم قد تبين أنه فاعل عند مستويات أقل بكثير من تحميل المُحفّز.

إذا نظرنا الآن إلى الوراء بإيجاز إلى سلسلة تحويل الطاقة في الشكل (9-2)، سوف نلاحظ أن خلية الوقود هي تماماً جزء واحد من السيارة المغذاة بواسطة خلية وقود هيدروجينية. هناك عنصر مهم جداً في  نظام دفع المركبة وهو نظام تخزين الوقود على متن المركبة بالنسبة إلى عربة تقليدية تستخدم محرك احتراق داخلي، يكون هذا النظام عبارة عن خزان وقود بسيط، يخزن وقود البنزين أو الديزل، حيث إن كلاهما موجود بشكل ملائم كوقود سائل عند ظروف محيطية طبيعية لكل من درجة الحرارة والضغط. وعند الظروف المحيطية نفسها لدرجة الحرارة والضغط، يكون الهيدروجين عبارة عن غاز ولدى هذا الغاز كثافة طاقة منخفضة جداً، هذا يعني أن متراً مكعباً واحداً من غاز الهيدروجين يحوي طاقة أقل بكثير من متر مكعب واحد من الوقود السائل. ولكي نحمل كمية جيدة من الطاقة على متن المركبة على شكل هيدروجين سوف يحتاج غاز الهيدروجين إلى أن يكون مضغوطاً بشكل كبير، أو بالطبع مسالاً ومخزناً في خزان وقود تبريدي» خاص عند درجة حرارة حوالي 250 -درجة مئوية. ولكي نخزن طاقة هيدروجين كافية لتأمين مدى قيادة معقول، اقترح مهندسون استخدام هيدروجين مضغوط عند ضغط 350 بار (5000 باوند إنش)، أو حتى 700 بار (10000 باوند/ إنش). تتطلب هذه الضغوط العالية جداً أسطوانات تخزين غاز ثقيلة، التي سوف تضيف ثقلاً وحجماً كبيرين إلى المركبة بالمقارنة مع خزان الصفيح المعدني المألوف والمستخدم في حالة الوقود السائل. في الحقيقة، إن تخزين الهيدروجين على متن المركبات هو أحد التحديات الأكثر صعوبة التي تواجه التسويق التجاري الناجح للمركبات التي تعمل على الهيدروجين كوقود.

يلخص الشكل (9-4) هذه المشكلة الصعبة في تخزين الهيدروجين باستخدام بيانات من روفيرا ،(2001)، والذي يرسم بيانيا الحجم المطلوب لنظام تخزين كمية معينة من الطاقة كتابع للكتلة الإجمالية لمصدر الطاقة والخزان المطلوب لتخزينه. توفر نقاط البيانات على المخطط تقديراً للحجم المبين على المحور الرأسي على اليسار) والكتلة الإجمالية (المبينة على المحور الأفقي) المطلوبتين لتخزين 5 كيلوغرام من الهيدروجين، أو مكافئة الطاقة لهذه الكتلة. سوف تكون هذه الكمية من الهيدروجين مكافئة بالطاقة لحوالى 18 ليتراً من البنزين أو تقريباً لحوالي نصف إلى ثلث سعة معظم خزانات وقود السيارات. إذا تم تخزين غاز الهيدروجين في أسطوانات عند ضغط 350 بار فإن حجم الخزانات سوف يكون 500 ليتر تقريباً، وستكون كتلتهما (بالإضافة إلى 5 كيلوغرام هيدروجين) بحدود 225 كلغ. يُمثل ذلك حجماً أكبر من مجمل حيز صندوق السيارة في معظم السيارات، وسوف تشكل الكتلة حوالي 25

الشكل (9-4) الحجم والكتلة لنظام لتخزين 5 كيلوغرام من الهيدروجين، أو ما يكافئه من الطاقة.

المصدر: G. Rovera, "Potential and Limitations of Fuel Cell in Comparison with

Internal Combustion Powertrains," paper presented at: Internal Combustion Engine

(ICE), Capri, Italy, 2001

في المئة من إجمالي كتلة سيارة صغيرة عند ضغط تخزين 700 بار سوف يكون إجمالي حجم التخزين مُخفضاً إلى حوالى 300 ليتر، والكتلة لحوالى 180 كيلو غرام لن تساوي هذه الأرقام تماماً نصف القيم في حالة التخزين عند 350 بار حيث إن الأسطوانات سوف تكون بسماكات أكبر تحت ضغط أعلى وإذا كان من المفروض تسييل الهيدروجين وتخزينه تحت ضغط عادي في خزانات تبريدية خصوصاً عند درجة حرارة 250 درجة مئوية تحت الصفر، عندئذ سوف تبقى كتلة نظام التخزين والهيدروجين السائل حوالى الكتلة نفسها في حالة تخزين عالي الضغط تحت 700 بار، والحجم سوف يكون أقل بقليل. لقد اقترح بعض مؤيدي الهيدروجين كوقود للسيارات التخزين على شكل هيدرات معدنية. وهي عبارة عن خلائط خاصة تحفز تفكيك جزيئات الهيدروجين عند سطح المعدن، وبالتالي المساعدة على امتصاص ذرات الهيدروجين مباشرة إلى الشبكة الكريستالية المعدنية، ما يمكّن من تخزين أحجام كبيرة من الهيدروجين تحت ظروف الضغط الجوي العادي. ويتطلب ذلك حمل كمية كبيرة جداً من المعدن الماص الذي يمكن أن يمثل كتلة أكبر من نصف كتلة سيارة نموذجية وهي فارغة كما هو مبين عند أقصى يمين المخطط.

أخيراً، إن نقطة البيانات الصغيرة قرب المركز تمثل الحجم والكتلة المطلوبتين لتخزين 18 ليتراً من البنزين (الطاقة المكافئة لـ 5 كيلوغرام من الهيدروجين)، وتبين بوضوح فائدة سعة تخزين الطاقة العالية لأنواع الوقود الكربوهيدراتي السائل التقليدي. من هذه البيانات يمكن ملاحظة أن تخزين الهيدروجين على متن السيارات من المحتمل أن يكون أحد أكبر التحديات التي تواجه أي جهة تحاول تطوير المركبات التي تعمل على الهيدروجين كوقود لأغراض تجارية.

إن إحدى المحاسن المنسوبة إلى مركبات خلايا الوقود، هي كفاءة تحويل الطاقة العالية جداً لخلايا الوقود بالمقارنة مع محركات الاحتراق الداخلي. وإن كفاءة خلية وقود تبادل بروتوني (PEM) (حوالى 50 في المئة) هي بالتحديد أعلى مما يمكن توقعه بالنسبة إلى محرك احتراق داخلي نموذجي يستخدم في السيارات. وإذا استخدم الهيدروجين كحامل طاقة على متن المركبة، وإذا اشتق هذا الهيدروجين من الوقود الأحفوري، كما سيحصل تقريباً بالتحديد في أي مرحلة مبكرة لتسويق مثل هذه المركبات من غير المحتمل عندئذ أن تكون الكفاءة الإجمالية مصدر - إلى - عجلات أعلى من تلك التي تخص أفضل تكنولوجيا متوافرة باستخدام محرك احتراق داخلي تقليدي. هذه هي الخلاصة الموجودة في دراسات مقارنة لكفاءة ناقل حركة المركبة التي أعدت من قبل كل من مختبر أرغون الوطني التابع الوزارة الطاقة في الولايات المتحدة ومن قبل باحثين في معهد ماساشوستس للتكنولوجيا (MIT) يختصر الشكل (59) النتائج من الدراسة التي نشرها مختبر أرغون الوطني (2005 ,US DOE - ANL). قامت الدراسة بمحاكاة أداء تشكيلات عدة لنواقل الحركة المحتملة المركبة من نوع (Ford Explorer SUV) والنتائج لأربعة أنواع من هذه المركبات مبينة في الشكل (59) إن مصدر الطاقة الرئيس المستخدم في كل من الأربع حالات المُبيّنة كان محرك بنزين تقليدياً؛ محرك ديزل يعمل في مركبة كهربائية هجينة (Diesel (HV)؛ مركبة خلايا وقود هيدروجينية (H2FCV)؛ وخلايا وقود هيدروجينية تعمل في مركبة كهربائية هجينة (HFC HEV) بالنسبة إلى كل من خياري خلايا الوقود المبينين، تم افتراض أنه يتم الحصول على الهيدروجين من محطة تزويد بالوقود بواسطة تفكيك الغاز الطبيعي، الذي سوف يكون المصدر الأكثر احتمالاً للطاقة الأولية على الأقل في الطور المبكر لتسويق خلايا الوقود إن كفاءة تحويل الطاقة الأولية، إما النفط الخام أو الغاز الطبيعي إلى وقود على المتن لكل مركبة، إما بنزين أو ديزل أو هيدروجين مبينة بكفاءة مصدر إلى خزان». ويمكن ملاحظتها على أنها تماماً قريبة من 80 في المئة للبنزين، وأعلى بقليل من تلك القيمة لوقود الديزل، بينما للحصول على هيدروجين من الغاز الطبيعي تكون الكفاءة 56 في المئة تقريباً. تمت محاكاة الكفاءة لكل مصدر رئيس خلال تشغيله بالتعاون بين دائرة قيادة الطرقات الفيدرالية للولايات المتحدة ودائرة القيادة المدنية الفيدرالية، بناء على اقتراح من جمعية مهندسي السيارات إن نتائج هذه المحاكاة مبينة بكفاءة خزان إلى عجلات في الشكل (59) بالنسبة إلى كل حالة. أخيراً، إن إجمالي الكفاءة مصدر إلى عجلات تم الحصول عليها بحاصل جدوى هاتين الكفاءتين ببعضهما بعضاً. تبين هذه النتائج أن إجمالي الكفاءة مصدر إلى عجلات للسلسلة الكاملة في عملية تحويل الطاقة هي بالضبط تقريباً متساوية بالنسبة إلى

الشكل (9-5) مقارنة كفاءة مصدر إلى عجلات للسيارة نوع SUV.

المصدر: A. Rousseau et al.], "Well-to-Wheels and Analysis of Advanced SUV Fuel

Cell Vehicles," paper presented at: Society of Automotive Engineers (SAE), Detroit,

MI, USA, 2003.

محرك الاحتراق الداخلي الأفضل (ديزل) ولتشكيلة المركبة الهجينة ولمركبة خلايا وقود هيدروجينية بسيطة في حالة خلية الوقود الهيدروجينية في تشكيلة مركبة كهربائية هجينة، إن الكفاءة هي بالضبط (29 في المئة) أعلى بقليل من الكفاءة في حالة المركبة (HEV) ديزل التي هي 26 في المئة. كذلك إذا كان مصدر الطاقة الأولي، هو، وقوداً أحفورياً لكلا التشكيلين كما هو مفترض في الدراسة، فسوف تكون النتيجة انبعاثات غاز CO2 بمستويات متطابقة تقريباً. وبالتالي، من غير المتوقع أن يكون هذا الربح البسيط في الكفاءة الإجمالية للمركبة كافياً للتغلب على الكلفة الأعلى بكثير وتعقيدات نظام تخزين الهيدروجين وخلية الوقود بحد ذاتها. ويجادل المدافعون عن مركبات خلايا الوقود بأنه على المدى الطويل سوف يتم إنتاج الهيدروجين من شكل أكثر استدامة للطاقة، بالطبع الطاقة المتجددة، كما هو موضح في الشكل (29)، أو من الطاقة النووية التي لن تؤدي مستقبلاً إلى أي انبعاثات لغاز CO2 خلال السلسلة الكاملة لتحويل الطاقة.

إذا اعتبرنا الحالة التي يُولّد فيها الهيدروجين من مصدر أولي متجدد، أو من طاقة نووية تلاحظ في الشكل (9-2) أن المرحلة الأولى في سلسلة تحويل الطاقة هي توليد الكهرباء كحامل طاقة ابتدائي. يتم تحويل هذا الحامل إلى هيدروجين كحامل ثانوي، ويتم تخزينه على متن المركبة أما المرحلة الأخيرة في السلسلة فهي تحويل الهيدروجين المُخزن من جديد إلى كهرباء بواسطة خلايا الوقود التي تستخدم لتغذية محرك الدفع الكهربائي. هناك وضعية على التوازي تستخدم في مركبة كهربائية بسيطة تعمل على البطارية، والتي تستخدم فيها بطاريات على متن المركبة لتخزين الكهرباء، كما هو مبين بواسطة مخطط سلسلة تحويل الطاقة في الشكل (69) في هذه الحالة ليس هناك حاجة إلى تحويل الكهرباء إلى حامل ثانوي بما أن الكهرباء المولدة كحامل أولي تخزن مباشرة بواسطة البطارية، لتُستَخْدَم عند الطلب لتغذية محرك الدفع الكهربائي. إن الاختلاف الوحيد بين سلسلتي تحويل الطاقة المرسومتين في الشكل (9-2) لمركبة خلايا الوقود وفي الشكل (9-6) للمركبة الكهربائية ذات البطارية، هو أنه في الحالة الأولى يتم تخزين الطاقة على شكل هيدروجين، أما في الحالة الثانية فيتم ذلك على شكل طاقة كهربائية في البطارية. يُمكن تلخيص الاختلاف في هاتين الطريقتين برسم  تخطيطي كما هو موضح في الشكل (9-7) الذي يبين هاتين الطريقتين المختلفتين، بدءاً من النقطة التي ينتج فيها مصدر الطاقة الابتدائي (الكهرباء)، وإنتهاء بمكان استخدام الكهرباء ثانية التغذية محرك الدفع الكهربائي للمركبة. بتعبير آخر، إن جميع التجهيزات الموضحة بواسطة سلسلة التحويل في النصف الأعلى من الشكل، مؤلفة من إنتاج الهيدروجين بواسطة التحليل الكهربائي للماء، وضغط وتخزين في خزانات ضغط عال، وأخيراً التحويل ثانية إلى

الشكل (9-6) سلسلة تحويل الطاقة لمركبة كهربائية تعمل ببطارية

الشكل (9-7) أفكار بديلة لتخزين الطاقة الكهربائية.

كهرباء بواسطة خلية الوقود هي مقابلة بالتشابه مباشرة للبطارية في النصف الأسفل من الشكل بعمل مقارنة بسيطة لكلا الجزئين من الشكل، يُمكن الملاحظة بوضوح أن جميع التجهيزات المطلوبة في مركبة خلايا - وقود، متضمنة إنتاج الهيدروجين وتخزينه وخلية الوقود، هي في الحقيقة وبالضبط جهاز تخزين طاقة كهربائي. وهكذا، هناك ميزة حسنة واحدة لهذه الطريقة على تلك التي تستخدم بطارية تخزين بسيطة فقط إذا كانت سعة تخزين الطاقة على متن المركبة أعلى باستخدام خلية الوقود.

على الرغم من القول إن مراحل العملية المبينة بالشكل (9-7) ليست جميعها عمليات تحويل طاقة، فإن هناك فقداناً للطاقة مترافقاً مع كل مرحلة. مثلاً، بما أن عملية ضغط الهيدروجين إلى ضغط حوالي 350 بار المستخدم في أسطوانات التخزين تأخذ 10 في المئة تقريباً من إجمالي محتويات الطاقة في الهيدروجين، فإنه من أجل كل 100 كيلو جول من طاقة الهيدروجين المنتجة بواسطة التحليل الكهربائي للماء، تكون الطاقة الصافية التي تبقى بعدئذ في خزان الهيدروجين هي حوالى 90 كيلو جول. لأخذ هذا الفقدان بالحسبان، يمكننا أن نحدد قيمة كفاءة دخل خرج لكل مرحلة في العملية، كما هو مبين في الجدول (9-1) بالنسبة إلى البطارية، هناك مرحلة واحدة فقط بين الدخل الكهربائي إلى تخزين الطاقة وخرج الطاقة إلى المركبة، وبما إن جزءاً من هذه الطاقة يضيع بشكل طبيعي على شكل حرارة خلال عملية شحن البطارية نستطيع أيضاً أن نحدد كفاءة دخل خرج للبطارية إن كفاءة الشحن هي عادة بين 85 في المئة و 95 في المئة بالنسبة إلى البطاريات الرصاصية – الحمضية، على الرغم من أنها يمكن أن تكون أقل بكثير من أجل أنواع أخرى من البطاريات وللمقارنة، إذا افترضنا كفاءة شحن بطارية تساوي 90 في المئة، فإن كفاءات ادخل خرج لكل مرحلة من مراحل عمليتي تخزين الطاقة المتكافئتين في الشكل (9-7) مبينة في الجدول (9-1). ومن ثم تتم عملية ضرب حسابي لكفاءات كل مرحلة على حدة ببعضها بعضاً للحصول على الكفاءة الإجمالية النهائية للعملية كاملة، انطلاقاً من «دخل الكهرباء من المصدر الأولي إلى خرج الكهرباء إلى محرك الدفع. بافتراض أن كفاءة تحويل الطاقة لخلية الوقود هي 50 في المئة، فإن الكفاءة الإجمالية «دخل-خرج لسلسلة تحويل الطاقة لخلية الوقود المبينة في الشكل (9-7) تكون 34 في المئة تقريباً، مقارنة بـ 90 في المئة بالنسبة إلى البطارية التقليدية. بتعبير آخر، إذا أردنا استخدام كهرباء من بعض مصادر الطاقة الأولية المستدامة كحامل للطاقة في السيارة، فإن لكل 100 كيلو جول من الطاقة الأولية المستخدمة، سوف تكون قادرين على ترحيل حوالي 90 كيلو جول إلى محرك الدفع الكهربائي للمركبة باستخدام مدخرة رصاصية حمضية لتخزين الطاقة. ولكن، إذا استخدمنا الهيدروجين مع خلية الوقود كنظام تخزين للطاقة، فلكل 100 كيلو جول من الطاقة الأولية المستخدمة، هناك فقط حوالي 34 كيلو جول سوف يتم ترحيلها إلى محرك الدفع. لقد استخدمنا تقديراً لكفاءة الإنتاج التجاري للهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء يساوي 75 في المئة، على الرغم من أن هناك بحوثاً وتطويراً في تقدم مستمر لرفع هذا المقدار وحتى لو كان الهدف زيادة كفاءة التحليل الكهربائي للماء إلى 90 في المئة، فإن الكفاءة الإجمالية دخل خرج سوف تصل فقط إلى حوالى 40 في المئة. يشير هذا التحليل البسيط إلى أن السيارات الكهربائية بشكل تام التي تستخدم بطاريات ذات كفاءة عالية مع كثافة تخزين للطاقة كافية لتأمين مدى معقول للمركبة، سوف تكون بديلاً جذاباً جداً عن تلك التي تعتمد تخزين الهيدروجين وخلية الوقود.

إذا كانت البطاريات قادرة على تخزين طاقة كافية لتوفير مدى يصل حتى 100 ميل، فيمكن للسيارات البسيطة نسبياً ذات البطارية، والتي يمكن إعادة شحنها خلال الليل أو عندما تكون خارج الاستخدام لساعات أن تكون جيدة لمعظم المستهلكين. سوف تكون هكذا مركبات أقل تعقيداً بكثير وأقل كلفة للإنتاج من مركبات خلية الوقود المماثلة مع إنتاج الهيدروجين الضروري وأنظمة تخزينه. إذا أصبحت هذه السيارات المعيار، فسوف يكون هناك حاجة إلى التوسع في القدرة العظمى للنظام الكهربائي، على الرغم من أنه على المدى الطويل يمكن أن يكون هذا النظام أكثر استدامة مما هو عليه اليوم. يبين الجدول (9-1) كثافة الطاقة الطاقة بوحدة الحجم والطاقة النوعية الطاقة بوحدة الكتلة للبطاريات الرصاصية - الحمضية، والهدف من برنامج البطاريات المتطورة لوزارة الطاقة الأميركية (US DOE 2005) , ، بالإضافة إلى قيم البنزين السائل والهيدروجين المخزن عند ضغط 200 بار. على الرغم من أن للهيدروجين طاقة نوعية عالية جداً، لكن، لأنه غاز، لديه كثافة طاقة منخفضة جداً، عندما حتى يخزن تحت ضغط مرتفع. يعني ذلك أنه يجب استخدام أسطوانات غاز مضغوط كبيرة، وبالتالي ثقيلة لتخزين كمية مناسبة من الطاقة. يمكن أيضاً رؤية أن البطاريات ليست قادرة لغاية الآن على منافسة الوقود السائل بالنسبة إلى كل من كثافة الطاقة أو الطاقة النوعية، ومن المتوقع أن تكون السيارات الكهربائية مناسبة فقط في تطبيقات معينة قصيرة المدى بالنسبة إلى المستقبل المتوقع لا يزال هناك الكثير من أعمال البحث والتطوير قيد الإنجاز على البطاريات، لكن لا يبدو هناك أي (خروقات) رئيسة في تصميم البطاريات التي من شأنها زيادة كثافة الطاقة إلى الحد الذي تكون فيه السيارات الكهربائية البسيطة ذات البطاريات قادرة على المنافسة بالنسبة إلى المدى والأداء، بالمقارنة مع السيارات التقليدية. وسيتم استخدام المركبات الكهربائية ذات البطاريات بشكل رئيس في التطبيقات المنخفضة السرعة، بعيداً من الطرقات العامة، حيث إن المدى ليس حرجاً، بتطبيقات مثل عربات ملاعب الغولف وكراسي المقعدين الكهربائية، وذلك في الفترة القصيرة الآتية.

المصدر: وزارة الطاقة في الولايات المتحدة الأميركية US Department of Energy

(DOE).

إن كثيراً من أعمال التطوير على البطاريات قد دفعت بواسطة الدخول الناجح في السنوات الأخيرة للمركبات الكهربائية الهجينة (HEV) يبين الشكل (8) مخططاً مبسطاً يوضح عمل المركبة  الهجينة، المبني على تصميم تويوتا بريوس (Toyota Prius) (شركة سيارات تويوتا (2005) تستخدم هذه السيارات نظام دفع مكوناً. محرك احتراق داخلي تقليدي يعمل كمصدر رئيس للطاقة، على التوازي مع محرك كهربائي وبطارية تخزين إن مجمل الطاقة المستخدمة لقيادة المركبة لا تزال تأتي من الوقود السائل (بنزين أو وقود الديزل) المستخدم من قبل محرك الاحتراق الداخلي، لكن هذا المحرك يستخدم إما لشحن البطارية بواسطة المولدة، أو لإدارة العجلات مباشرة كما هو الحال في المركبة التقليدية، أو في بعض الحالات الدمج لكلتا الطريقتين خلال العمل بسرعة - منخفضة، وبخاصة عند التوقف والإقلاع خلال القيادة في مراكز المدن، يتم إيقاف محرك الاحتراق الداخلي، ويتم تأمين الدفع بواسطة المحرك الكهربائي باستخدام الطاقة الكهربائية المخزنة في البطارية. عندما تصبح البطارية مفرغة يُقلع محرك الاحتراق الداخلي أوتوماتيكياً ويبدأ ثانية بشحن البطارية، ويمكن أيضاً أن يُقدم بعض الدفع الميكانيكي مباشرة

الشكل (9-8) عمل السيارة الكهربائية الهجينة التسلسلي المتوازي».

إلى العجلات عبر علبة التروس. يتم هذا النوع من العمل التسلسلي- الموازي بشكل غير ملحوظ تقريباً من قبل السائق بواسطة نظام تحكم يقرر متى يتم تشغيل محرك الاحتراق الداخلي، ومتى يجب إيقافه، من دون أي تدخل من السائق. هناك فائدة رئيسة واحدة لهذا التصميم في نقل الحركة وهي أن محرك الاحتراق الداخلي يستطيع الآن العمل عند الظروف التصميمية الأكثر كفاءة، بشكل مستقل عن سرعة المركبة أو الحمل، وبذلك رفع الكفاءة الإجمالية لاستهلاك الوقود بشكل كبير. هناك أيضاً ميزة مهمة أخرى للسيارات الهجينة وهي استخدام إعادة التوليد بالفرملة التي تستخدم المولدة لامتصاص الكثير من طاقة الفرملة التي كانت تبدد طبيعياً على شكل حرارة بواسطة الفرامل ومن ثم استخدام هذه الطاقة لشحن البطارية ثانية. نتيجةً لهذه الميزات التصميمية يكون لدى السيارة الهجينة مدى أفضل باستهلاك الوقود (بشكل طبيعي) خلال القيادة ضمن المدينة بالمقارنة مع القيادة على الطرقات السريعة ما يجعلها مناسبة خصيصاً للتنقل ضمن المدن. تم تطوير هاتين الميزتين وتدقيقهما بواسطة مهندسي السيارات بحيث وصلت كفاءة وقود السيارة الهجينة إلى حوالي 50 في المئة وهي أكبر من تلك العائدة للسيارة التقليدية المزودة بمحرك احتراق داخلي لوحده. يحب سائقو السيارات أيضاً قيادة سيارة هجينة لأن محركها الكهربائي قادر على توفير تسارع قوي، العائد إلى مميزات عزمه العالي عند السرعة المنخفضة. وقد تم إدخال السيارات الهجينة بنجاح إلى السوق، بداية بالسيارات الصغيرة، لكن التكنولوجيا تنتشر الآن إلى سيارات أكبر وإلى السيارات من النوع (Sport Utility Vehicles - (SUV)، حيث إن الفائدة من توفير أكثر للوقود مرحب بها بشكل خاص.

يمكن تصنيف التصميم الحالي للمركبات بالنظم الهجينة المستقلة عن الشبكة» أو «المعتمدة على ذاتها»، لأنها تتضمن نظام نقل حركة كهربائياً وبطارية تخزين لكنها لا تزال تحصل على مجمل طاقتها الأولية من الوقود المحمول على متن المركبة، ولا تحتاج إلى مقبس أو مأخذ للربط بالشبكة الكهربائية لإعادة شحن البطارية. ومع التطورات المتوقعة في كثافة الطاقة للبطارية والرغبة في تخفيض استخدام الوقود الأحفوري، يمكن أن تكون هذه المركبات ممهدة جيدة للانتقال إلى الجيل التالي للمركبات الهجينة؛ المسماة النظم الهجينة المرتبطة - بالشبكة»، في بعض الأحيان يُعرف عنها أيضاً بالأنظمة الهجينة ذات المقبس». يبين الشكل (9-9) مخططاً بسيطاً لهذه الفكرة، التي تشمل محاسن كل من المركبات الكهربائية التي تعمل على البطاريات فقط والمركبات الهجينة ضمن هذه الفكرة التصميمية، سوف تكون علبة البطاريات في المركبات المختلفة عن الهجينة التقليدية أكبر بكثير، ويمكن شحنها بشكل كُلّي عندما تكون خارج الاستخدام بربطها بالشبكة الكهربائية العامة. وسوف يكون محرك الاحتراق الداخلي أصغر، وسوف يبقى يعمل على بعض أشكال الوقود السائل كما هو مُبيّن في الشكل (9-9) بهذه الطريقة يمكن أن تعمل المركبة لمدى قيادة أطول ربما ما بين 20 و 60 ميلاً

الشكل (9-9) : السيارة الكهربائية الهجينة ذات المقبس الكهربائي.

(30 - 100 كيلومتر تقريباً، كمركبة كهربائية بشكل تام، وسوف تستخدم محرك الاحتراق الداخلي لإعادة شحن البطارية فقط عندما يكون ضرورياً تجاوز هذه المسافة، أو ربما عندما يحصل تسلق هضاب شديدة الانحدار. بالنسبة إلى كثير من السائقين، وبالتحديد لمعظم المتنقلين بين المدن وضواحيها سوف تكون السيارة قادرة على العمل كسيارة كهربائية على البطارية فقط في معظم الرحلات، ومن الممكن ربطها بمأخذ الشحن الكهربائي خلال الليل وبالطبع أيضاً عندما تكون متوقفة خلال النهار إن التطوير الناجح للسيارات الهجينة ذات المقبس ودخولها إلى الأسواق سوف يدل على بداية نموذج مهم وجديد للنقل يفصل المركبات البرية عن الحاجة إلى استخدام الوقود النفطي، على الأقل خلال الأميال الرئيسة عند التنقل. عند الأخذ بالاعتبار السلسلة الكاملة لتحويل الطاقة بالنسبة إلى هذا الاختيار، وإذا تم توليد الكهرباء بشكل أولي من مصادر طاقة أولية مُستدامة كالطاقة المتجددة أو النووية، عند ذلك يمكن للنقل البري أن يُصبح أيضاً مُستداماً ولن يستمر في كونه عاملاً مهماً في الإسهام بإنتاج غاز الدفيئة. نشر معهد بحوث الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة نتائج دراسة (EPR1,2001) تقارن الأداء لتصميمي سيارة كهربائية هجينة ذات مقبس بسيارة كهربائية هجينة ذات نظام ذاتي مستقل وسيارة تقليدية مزودة بمحرك بنزين نمذجت مجموعة الدراسة أداء سيارة نموذجية ذات حجم متوسط باستخدام برنامج محاكاة للسيارات (ADVISOR) طوّر بواسطة مختبر الطاقة المتجددة الوطني التابع لوزارة الطاقة في الولايات المتحدة. إن التشكيلات الأربع المختلفة أطلق عليها على التوالي تسمية السيارة التقليدية ) - Conventional Vehicle) والسيارة الكهربائية الهجينة الذاتية (HV)، ومع مدى ليس كله كهربائياً (HEV0)؛ وسيارتين هجينتين ذوات مقابس، واحدة ذات مدى كله كهربائي من 20 ميلاً (HEV20)، وواحدة ذات مدى كله كهربائي من 60 ميلاً (HEV60). وتم افتراض أن جميع السيارات الكهربائية الهجينة تستخدم بطاريات هيدريد معدن - النيكل الأكثر تطوراً (NiMH)، ونظام إعادة التوليد بالكبح وأن يكون لديها أداء مماثل، متضمن حداً أدنى للسرعة العظمي 90 ميلاً في الساعة، وتسارع من 0 إلى 60 ميل/ ساعة خلال زمن أقل من 5.9 ثانية. تم افتراض أن لدى جميع السيارات خزيناً من البنزين كافياً لها لتوفر مدى من 350 ميلاً. إن ميزات التصميم الرئيسة للمركبات المختلفة ملخصة في الجدول (9-3) الذي يُبين أن (HEV60) تتطلب سعة بطارية أكبر بكثير، لكن لديها محرك إحتراق داخلي أصغر مقارنة بالتشكيلات الهجينة الأخرى أو المركبة التقليدية (CV) ومن الممتع رؤية أنه على الرغم أن البطارية في (HEVS) تضيف كتلة معتبرة، فإن مجمل كتلة السيارة هي أقل من كتلة السيارة التقليدية، باستثناء الشكل (HEV60)، لكن حتى هذه المركبة تزيد كتلتها بـ 100 كيلوغرام فقط على السيارة التقليدية يعود ذلك بشكل رئيس إلى المُحرك البنزيني الأصغر،وبالتالي الأخف، مع. مجموعة نقل الحركة، المُستخدم في السيارات الكهربائية الهجينة ليس ما يدعو للدهشة، نسبة إلى توقعات أداء مشابهة ،معطاة أن تكون مجمل المقدرة المتوافرة من كل من محرك الوقود والمحرك الكهربائي في مركبات (HEVS) أقل بقليل فقط من تلك المتوافرة من محرك سيارة تقليدية. إن القدرة المجزأة بين محرك الوقود والمحرك الكهربائي هي متساوية تقريباً في ما يخص المركبتين (HEV0) و (HEV20)، بينما في ما يخص المركبة (HEV60) فإنها تمتلك محركاً كهربائياً قدرته حوالى ضعفي قدرة محرك البنزين.

أخذاً بالاعتبار مجمل استهلاك الطاقة لجميع المركبات اعتمدت الدراسة طريقة المصدر - إلى - عجلات، وتضمنت الدراسة الطاقة المأخوذة من البنزين على متن المركبة والطاقة المطلوبة لمعالجة النفط الخام لإنتاج البنزين، بالإضافة إلى الطاقة الكهربائية المطلوبة لإعادة شحن البطاريات بالنسبة إلى المركبات الهجينة ذات المقبس (HEV20) (HEV60). وإن الطاقة المطلوبة لإنتاج البنزين من النفط الخام والطاقة الأولية المطلوبة لإنتاج الكهرباء لإعادة شحن المركبتين الهجينتين ذوات المقبس أشير إليها ابدورة وقود الطاقة. بالنسبة إلى الجزء من العملية في إعادة شحن البطارية، افترضت الدراسة أن الكهرباء تم توليدها من الغاز الطبيعي

الشكل (9-10) انبعاثات CO2 وفق دراسة EPRI.

المصدر : (2001) EPRI

مقارنة الفوائد وتأثيرات خيارات المركبات الكهربائية الهجينة

تقرير

EPRI رقم 1000349

باستخدام محطة توليد كهرباء ذات دارة مركبة بكفاءة حرارية إجمالية تساوي 50 في المئة. تم حساب عوامل أداء مختلفة عديدة خلال المحاكاة، لكن النتائج الرئيسة للدراسة يمكن تلخيصها بالعودة إلى الشكل (9-10)، الذي يبين انبعاثات غاز CO2 لكل ميل، بافتراض مخطط زمني حقيقي لقيادة المركبات.

إن إجمالي انبعاثات غاز CO2 المبينة في الشكل (9-10) يُقدم صورة عن الكفاءة الإجمالية المصدر - إلى - عجلات للسيارة ونظام التزود بالوقود بالإضافة إلى الإسهام الإجمالي في انبعاثات غاز الدفيئة. بالنسبة إلى المركبة التقليدية إن مجمل غاز CO2 المنبعث لكل ميل مقطوع بالمركبة يتضمن ذلك المُتولد نتيجة معالجة النفط الخام إلى بنزين في دورة الوقود بالإضافة إلى ذلك الناتج من احتراق البنزين المُستخدم بواسطة محرك المركبة. تلك هي الحالة نفسها بالنسبة إلى المركبة الهجينة المستقلة (HEVO)، لأن البنزين هو المستخدم فقط، وأن طاقة دورة - الوقود تمثل النسبة نفسها من مجمل الطاقة المستخدمة في السيارة التقليدية. وبسبب الكفاءة الأعلى بكثير لنموذج (HEV0) مقارنة بالمركبة التقليدية، تم تخفيض الانبعاثات الإجمالية إلى 30 في المئة تقريباً، بالانتقال إلى المركبة (HEV20)، فإن مجمل انبعاثات غاز CO2 هي الآن أعلى بقليل من نصف انبعاثات المركبة التقليدية، بينما بالنسبة إلى مركبة (HEV60) فقد خُفِّضَت الانبعاثات إلى 60 في المئة تقريباً. ويمكن ملاحظة أنه في ما يخص المركبة (HEV60) هناك حوالى 70 في المئة من مجمل الانبعاثات يتم إنتاجها من توليد الكهرباء، التي يفترض أن تستخدم الغاز الطبيعي كمصدر أوّلي للطاقة. تشير هذه النتائج إلى أهمية الانتقال إلى استراتيجية المركبة الهجينة ذات المقبس بالاقتران بنظام تزويد طاقة كهربائية مستدام على المدى البعيد. مثلاً، إذا كانت الكهرباء المستخدمة في سلسلة تحويل الطاقة الإجمالية مشتقة من اتحاد يضم الطاقة المتجددة مع الطاقة النووية، عندها سوف تكون الانبعاثات الوحيدة لغاز CO2 عائدة إلى استهلاك البنزين على متن المركبة، وإلى كمية صغيرة خلال مُعالجة الوقود، وبالتالي إن مجمل انبعاثات غاز CO2 بالنسبة إلى المركبة (HEV60) سوف تكون حوالي 65 غرام ميل. سوف يعني ذلك أنه بالانتقال من قافلة مركبات تتألف جميعها من مركبات تقليدية، إلى قافلة جميعها من مركبات (HEV60)، (أيضاً مع نظام كهربائي من دون انبعاثات)، سوف يخفض ذلك انبعاثات غاز CO2 من 420 غرام ميل إلى 65 غرام ميل وهو ما يعادل انخفاض 85 في المئة. وهكذا إن انتشار استخدام المركبات الهجينة ذات المقابس بالتزامن مع الانتقال إلى شبكة كهربائية من دون انبعاثات غاز CO2، سوف يؤدي إلى طريق طويلة نحو الحد من إسهام غاز الدفيئة من المركبات هناك ميزة حسنة مهمة أخرى للمركبات (HEVS) ذات المقابس التي من المتوقع أنها ستعمل على الأغلب بنظام كهربائي تام في مراكز المدن، يمكن أن تكون الحد التام تقريباً لانبعاثات عوادم المركبات المنتجة للضباب الدخاني في التجمعات المدنية وعلى المدى الطويل جداً، عندما تصبح المصادر النفطية نادرة جداً ،وغالية، ولكي نحد كلياً من انبعاثات غاز الدفيئة من محركات المركبات فإن الكمية الصغيرة من الوقود السائل المطلوبة لمُحرك الاحتراق الداخلي يمكن الحصول عليها من وقود حيوي، أو حتى من هيدروجين تم إنتاجه من مصادر طاقة أولية مستدامة.

بناء على الميزات الحسنة والواضحة جداً التي يمكن أن تقدمها المركبات الهجينة ذات المقابس، والبساطة النسبية في استخدام الشبكة الكهربائية لتوفير معظم الطاقة للمركبات (HEVs)، من المدهش أنه لم يحصل عمل لتطوير أكثر في هذا المجال. وإن التعقيد المخفض وكلفة مركبات (HEVs) ذات المقابس مقارنةً، مثلاً، بمركبات خلايا الوقود التي تعمل على الهيدروجين من المفروض أن تجعلها مناسبة أكثر كبدائل لمجموعة المركبات الموجودة كما إن التوسع المطلوب للشبكة الكهربائية في ما يخص البنية التحتية لنظم التزويد بالوقود، من المتوقع أن يكون أقل كلفة من مجمل التطوير البنية تحتية جديدة للتزود بالهيدروجين. يُعتبر التوسع والتحديث في قدرة التوليد الكهربائي وشبكات التوزيع أمراً واضح المعالم فعلاً، ويُمكن إدخال ذلك تدريجياً مع الزمن كلما ازداد عدد المركبات الهجينة ذات المقابس. إن نوع البنية التحتية المطلوبة في أماكن وقوف السيارات في مراكز المدن يُشبه تماماً تلك المستخدمة مسبقاً في بعض المدن ذات الطقس البارد، مثل إدمنتون في كندا، لتضمن أن السيارات تستطيع الإقلاع في ظروف ذات درجات حرارة تحت الصفر. حيث تم تزويد مآخذ كهربائية عند مواقف السيارات العديدة في المدينة في إدمنتون بحيث إن «السخانة» المُركبة في معظم السيارات يُمكن أن توصل بالكهرباء طالما تقف السيارة لمدة طويلة من الزمن عند درجات حرارة تنخفض إلى ما دون 30 درجة مئوية تحت الصفر. إذا وقفت السيارات في الليل خارج المنزل، كما هي في الأغلب الحالة في مناطق الضواحي، يتم عادةً وصل السيارات بالمآخذ لحماية مادة تبريد المحرك من التجمد خلال ظروف الطقس الباردة جداً. سوف يُؤمّن توسع بسيط لهذا النوع من البنية التحتية مجمل الطاقة الكهربائية اللازمة لإعادة شحن بطاريات الدفع طالما تقف السيارات في مراكز المدينة خلال يوم عمل نموذجي لمدة 8 ساعات. حتى إنه قد تكون هناك فائدة إضافية من مثل هذا النظام في تأمين معامل تحميل أفضل للشركات الكهربائية بتوزيع وانتشار الحمل الكهربائي بشكل متساوٍ أكثر خلال النهار. مع العديد من المتنقلين بين المدينة وضواحيها الذين يقومون بوصل سياراتهم إلى الشبكة الكهربائية لإعادة الشحن خلال يوم العمل وفي الليل، سوف يضمن الحمل الكهربائي الزائد الذي يكون عادةً منخفضاً في هذه الأوقات، الانتفاع الأفضل من القدرة العظمى المتوافرة للتوليد للكهربائي. كذلك خلال فترات الازدحام الصباحية والمسائية أي عندما يكون معظم المتنقلين في حالة تنقل، سوف ينخفض حمل إعادة الشحن خلال الفترات نفسها عندما يبلغ الاستهلاك المنزلي ذروته بسبب استخدام الأجهزة الكهربائية والإضاءة خلال فترات الطعام. يمكن أن توفّر هذه التسوية في مستوى الحمل تحسينات مهمة في معاملات الحمل، نتيجة وجود استخدام أفضل لمعدات التوليد وتخفيض في تكاليف وحدة توليد الكهرباء.

لقد نتج من نشر دراسة معهد (EPRI) الكثير من الاهتمام في مركبات (HEVs) ذات المقابس أو التي يمكن وصلها بالشبكة الكهربائية، وعلى الأقل هناك مصنع واحد الآن يقوم بمحاولات لعدد قليل من المركبات وسوف يكون الانتشار التجاري الناجح لمركبات (HEVs) ذات المقابس مدعوماً بشكل كبير بتطوير بطاريات أفضل، وكون ذلك يُتابع عن طريق العديد من مختبرات الأبحاث الحكومية، بالإضافة إلى المصنعين. وأصبحت الآن بطاريات هيدريد معدن - النيكل، بكثافة طاقة وطاقة نوعية حوالي مرتين مما لدى البطاريات الرصاصية – الحمضية، بالمستوى الأكثر تطوراً التكنولوجيا بالنسبة إلى مركبات (HEVs) من دون مقابس كهربائية  كسيارة تويوتا بريوس الهجينة الناجحة جداً على المدى الأطول من أجل الاستعمال في مركبات (HEVs) ذات المقابس، يمكن استبدال هذه البطاريات ببطاريات أيونات الليثيوم (Lithium Ion Batteries)، أو بتكنولوجيا بوليمر الليثيوم، أو حتى بتكنولوجيا كبريت الليثيوم الجديدتين اللتين هما بمرحلة مبكرة من التطوير، لكنهما تظهران وعداً الكبيراً.

بالنسبة إلى النقل المحلي في مراكز المدن، إن الارتفاع المحتوم في أسعار البنزين والديزل بالإضافة إلى تكاليف أعلى المواقف المركبات وللازدحامات المروجة لعدم تشجيع استخدام السيارات الخاصة من المفروض أن يُؤدي أيضاً إلى كون النقل العام الجماعي بديلاً أكثر انتشاراً وشعبية في مدن ذات عدد سكاني كبير، وكثافة سكانية عالية، سوف يكون ذلك عادةً على شكل نقل عام موجه مثل قطارات الأنفاق تحت الأرض، أو نظام نقل سككي خفيف مشابه باستخدام مسار توجيه مرفوع. من الواضح إن طاقة الكهرباء هي الاختيار من أجل الدفع لكلا النظامين، وإذا تم الحصول عليها على المدى الطويل من مصادر طاقة أولية مستدامة، عندها سوف توفر أيضاً إسهاماً رئيساً في تخفيض انبعاثات غازات الدفيئة، بالإضافة إلى تخفيض مستويات التلوّث في المدن في مدن أصغر، تكون عادة الباصات التي تعمل على الديزل الدعامة الأساسية لأنظمة النقل العامة في هذه المدن، لكن ذلك لن يكون الخيار المستدام على المدى الطويل مع الزمن يمكن استبدالها بيسر فعلاً، إما بالترامات من خلال استخدام مسار توجیه مرتفع عن الطريق، أو بباصات الترولي المغذاة بواسطة خطوط مرفوعة في الهواء، بشكل مماثل لتلك المستخدمة من أجل تغذية القطارات الكهربائية. تم استخدام باصات الترولي هذه بنجاح لسنوات عديدة، خصوصاً فـ مدن مثل فانكوفر بكندا، التي لديها تكاليف كهرباء منخفضة جداً، لكن من المفروض أن تكون هذه الباصات مناسبة بشكل متزايد كبديل لباصات الديزل أو السيارات. كذلك، سوف يؤدي ذلك إلى بنية تحتية للنقل العام في المدن أكثر استدامة إذا تم توليد الكهرباء بشكل سائد من مصادر مستدامة كالطاقة المتجددة أو الطاقة النووية.

مواضيع ذات صلة

القطارات والطائرات والسفن (النقل و الطاقة )

الطاقة النووية والاستدامة

تحقيق توازن طاقة مستدام

مزايا المفاعل النووي الإندماجي

الطاقة النووية الإندماجية

أخطار تصاحب استغلال الطاقة النووية الانشطارية: تلوث البيئة بالمواد المشعة

أخطار تصاحب استغلال الطاقة النووية الانشطارية: تلوث البيئة حراريا

أخطار تصاحب استغلال الطاقة النووية الانشطارية: نواتج مشعة وفضلات نووية

المفاعلات النووية

الإنشطار النووي والاندماج النووي

المسلمون والطاقة المائية

مشاريع استغلال طاقة مياه البحاروالمحيطات