دانشنامه تاریخی
در سال‌های اخیر، جهان وارد دوره‌ای جدید از راه حل‌های انرژی شده است و سلول‌های سوختی هیدروژنی یکی از کلیدی‌ترین جهت‌ها برای حمل و نقل هستند. این موضوع به ضرورت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و گذر به اشکال پایدارتر انرژی مربوط می‌شود. در این مقاله، ما نحوه ظهور این فناوری، مزایای آن و نمونه‌های کاربرد آن در صنعت حمل و نقل را بررسی خواهیم کرد.
هرچند مفهوم سلول‌های سوختی هیدروژنی از اوایل قرن نوزدهم شناخته شده بود، توسعه آن در دهه‌های اخیر به طور قابل توجهی تسریع شده است. در دهه ۲۰۲۰، رشد علاقه به فناوری‌های هیدروژنی به عنوان پیوندی بین مبارزه با تغییرات اقلیمی و ضرورت توسعه حمل و نقل پاک تبدیل شد. در این دوره، بزرگترین شرکت‌های خودروسازی به همراه نهادهای دولتی، شروع به سرمایه‌گذاری قابل توجهی در تحقیقات و توسعه فناوری‌های هیدروژنی برای وسایل نقلیه کردند.
سلول‌های سوختی هیدروژنی بر اساس اصل واکنش الکتروشیمیایی بین هیدروژن و اکسیژن کار می‌کنند که منجر به تولید برق و آب می‌شود. هیدروژن به آند تحویل داده می‌شود، جایی که به پروتون‌ها و الکترون‌ها تقسیم می‌شود. پروتون‌ها از طریق غشاء عبور می‌کنند و الکترون‌ها جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند که می‌توان از آن برای تأمین نیروی موتورها استفاده کرد. در کاتد، پروتون‌ها و الکترون‌ها دوباره با اکسیژن ترکیب می‌شوند و آب را تشکیل می‌دهند. این فرایند بسیار کارآمد و دوستدار محیط زیست است.
یکی از بزرگترین مزایای سلول‌های سوختی هیدروژنی، کارایی بالای آن‌هاست. آن‌ها دارای ضریب کارایی بالاتری در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی سنتی هستند. علاوه بر این، استفاده از آن‌ها می‌تواند به طور قابل توجهی انتشار مواد مضر به جو را کاهش دهد. هیدروژن می‌تواند از منابع مختلفی به دست آید که این فناوری را به طور بالقوه پایدار می‌سازد.
مزیت دیگری که وجود دارد این است که سلول‌های سوختی هیدروژنی می‌توانند در طیف وسیعی از وسایل نقلیه — از خودروهای سواری گرفته تا حمل و نقل عمومی و باری — مورد استفاده قرار گیرند. انعطاف‌پذیری آن‌ها در کاربرد، آن‌ها را به بخشی مهم از حمل و نقل آینده تبدیل می‌کند.
در آغاز دهه ۲۰۲۰، بسیاری از تولیدکنندگان خودرو، مانند تویوتا و هیوندای، شروع به توسعه و ترویج خودروهای هیدروژنی در بازار کردند. در سال ۲۰۲۰، تویوتا نسخه به‌روز شده مدل Mirai خود را معرفی کرد که نه تنها دامنه سفر فوق‌العاده‌ای داشت، بلکه زمان پر کردن آن نیز سریع بود که آن را برای کاربران جذاب می‌ساخت.
علاوه بر خودروهای سواری، فناوری‌های هیدروژنی همچنان در حمل و نقل عمومی نیز کاربرد دارند. به عنوان مثال، در برخی کشورها، اتوبوس‌های هیدروژنی برای حمل و نقل مسافران دوستدار محیط زیست به کار گرفته شده‌اند. هیدروژن همچنین در حمل و نقل بار نیز استفاده می‌شود، جایی که شرکت‌هایی مانند نیکولا در حال توسعه کامیون‌های هیدروژنی هستند که می‌توانند با مدل‌های دیزلی سنتی رقابت کنند.
با وجود تمام مزایا، وجود سلول‌های سوختی هیدروژنی با چالش‌های خاصی مواجه است. یکی از اصلی‌ترین آن‌ها زیرساخت برای تولید، ذخیره‌سازی و توزیع هیدروژن است. در حال حاضر شبکه ایستگاه‌های سوخت‌گیری محدود است که برای مالکین خودروهای هیدروژنی مشکلاتی ایجاد می‌کند.
همچنین باید به هزینه‌های بالای تولید هیدروژن اشاره کرد، به ویژه اگر از منابع انرژی غیر تجدیدپذیر به دست آید. یکی از جهت‌هایی که محققان به آن مشغول هستند، پیدا کردن روش‌های اقتصادی و دوستدار محیط زیست برای تولید هیدروژن است، مانند الکترولیز آب یا بیومس.
با وجود مشکلات موجود، آینده سلول‌های سوختی هیدروژنی امیدوارکننده به نظر می‌رسد. دولت‌های بسیاری از کشورها به طور فعال در حال کار بر روی حمایت از این فناوری از طریق یارانه‌ها، سرمایه‌گذاری‌ها و توسعه زیرساخت‌ها هستند. به عنوان مثال، اتحادیه اروپا استراتژی‌ای را برای ایجاد سیستم هاب‌های هیدروژنی به منظور تأمین دسترسی و استفاده از هیدروژن تدوین کرده است.
با افزایش علاقه به منابع انرژی پاک، می‌توان انتظار داشت که فناوری‌های هیدروژنی به طور فعال در حال توسعه و ادغام در حمل و نقل باشند. این نیازمند همکاری دولت، بخش خصوصی و جامعه علمی است تا بر چالش‌های موجود غلبه کنند و زیرساختی پایدار ایجاد کنند.
سلول‌های سوختی هیدروژنی یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌ها برای حمل و نقل در دهه ۲۰۲۰ هستند. آن‌ها مزایای زیادی از جمله کارایی بالا و صفر بودن سطح انتشار را ارائه می‌دهند. اگرچه پیاده‌سازی این فناوری با چالش‌های خاصی مواجه است، اما مزایای بالقوه آن و علاقه فزاینده از سوی دولت‌ها و شرکت‌های خصوصی، هیدروژن را به یکی از نامزدهای اصلی برای نقش سوخت آینده تبدیل می‌کند.