خودروهای هوای فشرده محصول فیلمهای علمی تخیلی نبودند، ایرپاد از شرکت MDI و تلاشهای Tata نه فقط به نمونههای واقعی دست یافت، بلکه قراردادهای تجاری آن نیز به امضا رسید. اما سه مشکل بنیادی، یعنی چگالی انرژی فاجعهبار، ناکارآمدی ترمودینامیکی و نبود زیرساختهای ضروری آنها را پیش از ظهور و سلطهی خودروهای برقی لیتیومی از پای درآورد. اگر تا این حد فاجعه بودند چرا اصلا ایدهی ساخت آنها تا این حد پیش رفت؟
آیندهی حمل و نقل شهری؟!
خودرویی که با هوا کار میکند و تاتا ۱۰ میلیون یورو خرجش کرد
در سال ۲۰۰۷ غول خودروسازی هندی تاتا موتورز ۱۰ میلیون یورو در شرکت کوچکی در لوکزامبورگ سرمایهگذاری کرد تا حق استفاده از فناوری آن را برای تولید خودروهایی که با هوای فشرده کار میکنند بخرد. این شرکت لوکزامبورگی حتی حق امتیاز تولید در ایالات متحده را نیز به شرکتی دیگر واگذار کرد که در برنامهی محبوب Shark Tank به دنبال جذب سرمایه رفت.
MDI یا شرکت بینالمللی توسعهی موتور نزدیک به ۵۰ سال سابقه ساخت موتورهای مختلف از جمله برای مسابقات فرمول۱، هوانوردی و خودروسازی رنو داشت و از اواخر قرن گذشته به دنبال بکارگیری هوای فشرده به جای بنزین برای هل دادن پیستون و حرکت خودرو بود. پیشتر از برتریهای هوای فشرده در مقایسه با انرژی الکتریکی گفتهایم، اینجا دقیقا جایی است که هوای فشرده باید عقب نشسته و برای برتریهای الکتریسیته کف میزد؛ اما MDI شانس خود را امتحان کرد.
تاتا تنها شرکتی نبود که رویای MDI را جدی گرفت، تا سال ۲۰۰۹ میلادی این شرکت کوچک ۵۰ حق امتیاز در سراسر جهان فروخته بود و از جملهی انها وکیلی سوئیسی به نام هنری فیلیپ سامبوک که CareCar را تاسیس کرد. او قصد داشت ساعتی ۳ تا ۴ خودروی ایرپاد را در کارخانهی سوئیسی با ۱۲۰ کارمند مونتاژ کند. اولین کارخانهی MDI برای ساخت این خودروها پیش از افتتاح چهل هزار سفارش دریافت کرده بود!
این ماجرا واقعی بود. قراردادها امضا شدند، کارخانهها برنامهریزی شده و خبرنگاران از ایردپادهای تخممرغی و کوچک در نمایشگاههای خودرو عکس میگرفتند.
و بعد سکوت مطلق
خودروی هوای فشرده چگونه کار میکند؟ به زبان ساده
منبع نیروی ایرپاد مخزن هوای فشرده است. هوا در فشار بالا در مخازن الیاف کربن ذخیره شده و هر زمان که آزاد شود منبسط شده، پیستونهای موتور را به حرکت درمیآورد. همین. بدون احتراق، بدون شمع و وایر. و خروجی اگزوز ماشین هواست. از نظر آلایندگی خودروی هوای فشرده شبیه خودروی الکتریکی است. این عزیزان هیچ آلایندگی مضری بر روی خودرو ندارند. آلودگیهایشان را پیشتر و به هنگام تولید هوای فشرده یا تولید الکتریسیته و ساخت باتری کردهاند، الان فقط دنبال آرامشند.
خطرات مخازن تحت فشار هوای فشرده هم نبایستی نادیده گرفت. کپسولهای ۲۰۰ تا ۳۰۰ بار از فولاد ضخیم و مستحکم ساخته میشود. اتصالات شیر آن از قطع تصادفی جلوگیری کرده و در صنعت با آنها ذیل عنوان کالای خطرناک رفتار میکنند. غواصی و گازهای پزشکی از جمله کاربردهای این کپسولهاست. هوای فشرده اگر مخزن را منفجر کند، در لحظه آن را به پرتابهی جنگی تبدیل کرده است.
امروز ایرپادهای MDI در نقش ماشینهای زمین گلف برای جابجاییهای کوتاه استفاده میشوند. ۱۰ اسب بخار، ۴۵ نیوتن متر گشتاور، حداکثر سرعت ۸۰ کیلومتر بر ساعت و اگر آرام برانید تا ۱۳۰ کیلومتر مسافت با یک مخزن هوای فشرده طی میکنند. وزن کل خودروی MDI مبتنی بر نیروی هوای فشرده ۲۸۰ کیلوگرم و به مراتب سبکتر از مشابه الکتریکی و حتی بنزینی است. بدنه این ماشینها از کامپوزیتهای فایبرگلاس و فوم پلی یورتان ساخته میشود. در طرحهای اولیه قرار بود ماشینهای هوای فشرده سه صندلی،سه چرخ، ۲۲۰ کیلوگرم وزن و بوردی تا ۲۲۰ کیلومتر داشته باشد و تنها ۹۰ ثانیه سوختگیری آن طول بکشد.
سال ۲۰۰۹ را تصور کنید. آن زمان خودروهای الکتریکی و باتریهای لیتیومی هیچ رخ جذابی نداشتند و اروپا و هندوستان مشتری پروپاقرص هر جایگزین پاکی بودند که مناسب رفت و آمد شهری و سفرهای کوتاه و بدون آلایندگی باشد. پتانسیل هوای فشرده برای خودروی دوم برای داخل شهر واقعا وجود داشت.
ماشینآلات سنگین برای جابجایی بار، بالا رفتن از سربالاییها یا کار با تجهیزات دیگر به نیروی کششی عظیمی نیاز دارند. موتورهای دیزلی حداکثر گشتاور خود را در دورهای موتور بسیار پایینتری در مقایسه با موتورهای بنزینی به دست می آورند. این زور زیاد در دور پایین امکان انجام بی دردسر کارهای سنگین را بدون فشار به موتور و تعویض مکرر دنده در اختیار راننده یا اپراتور قرار میدهد.
راجع به برتری خودروهای گازوئیلی بر خودروهای بنزینی اینجا بخوانید:
چرا دیزل؟
چرا ایرپاد هرگز به جادهها نرسید؟
نخست آنکه در انتخاب نام هم خلاق نبودند. مشابه با خودروهای چینی کنونی در ایران که نام خود را از آیفون و سامسونگ دزدیده و ایکس پرو لقب میگیرند، ایرپاد یک پخشکنندهی موسیقی پرآوازه از اپل بود!
چگالی انرژی دیوار سخت پیش روی هوای فشرده
توانایی هوای فشره در ذخیرهی انرژی محدود بوده و در عمل فیزیک با آن دشمنی دارد. طبق محاسبات چگالی انرژي هوای فشرده چیزی میان ۱۱ تا ۲۸ واتساعت بر کیلوگرم است. این چگالی انرژی با باتریهای سربی اسیدی قابلیت رقابت دارد، اما در مقایسه با باتریهای یون لیتیوم تنها یک پنجم آن را ذخیره میکند. به بیان دیگر برای وزن یکسانی از سوخت خودروهای برقی پنج برابر بیشتر راه میروند.
برآوردی صنعتی و شهودی داشته باشیم:
مخزن ۲۰۰ لیتری از هوایی با فشار چند صد بار تقریبا انرژی مفیدی برابر با یک لیتر بنزین دارد. پس چرا از اول به سراغ این ایده رفتند و شرکتهای گردنکلفت خودروسازی ۱۰ ها میلیون دلار پول خرج آن کردند؟ آیا تولید ۲۰۰ لیتر هوای فشرده فشار قوی خود آلایندگی بالایی ندارد؟ خودروهای برقی و هوای فشرده آلایندگی را در مکانی دورافتاده از خودروی شهری و بیرون از اماکن مسکونی متمرکز میکند.
خودروی بنزینی با یک لیتر بنزین چقدر راه میرود؟ این سقف بُرد مسافتی خودروهای هوای فشرده است.
سوختهای جایگزین جدیدی در دست توسعه هستند که از جملهی آنها میتوان به سوخت هیدروژنه، متان و آمونیاک اشاره کرد که همگی آلایندگی کمتری هم دارند. نقطه ضعف جدی آنها چیست؟ چگالی انرژی
- باتری یون لیتیومی چگالی انرژی در حدود ۱/۶ مگاژول بر کیلوگرم دارد.
- گازوئیل چگالی انرژی در حدود ۴۶ مگاژول بر کیلوگرم دارد.
گازوئیل به ازای هر کیلوگرم ۲۸ برابر انرژی بیشتری در مقایسه با باتریها ذخیره میکند. اگر قصد جایگزینی خروجی روزانهی موتور گازوئیلی با موتور الکتریکی را داشته باشید، پکیج باتری آنقدر بزرگ و سنگین خواهد بود که عملا ماشین دیگر حرکت نخواهد کرد.
عوارض دشمنی با ترمودینامیک
تولید هوای فشرده شدیدا گرمازاست و بازیابی این گرما در خودروها عملا غیرممکن خواهد بود. هوای فشردهی تولیدی که آزاد شده و کار انجام میدهد سریعتا سرد شده و فشار آن کاهش می یابد و اینجا باز هم کارایی و بازدهی سیستم افت میکند. سیستمهای هوای فشرده به مدیریت حرارتی فعال برای مقابله با سرما و گرمای هوا نیاز دارد که همین امر بر پیچیدگی فنی و هزینه می افزاید.
حتی با خوشبینانهترین فرضیات هم خودروهای هوای فشرده به طور قابلتوجهی کارآمدی پایینترین نسبت به خودروی برقی خواهند داشت. در کشورهای مختلف الکتریسیته از زغالسنگ، گاز طبیعی و دیگر روشهای بهتر تولید میشود، همین الکتریسیته یا سوخت گازوئیل لازم است تا هوای فشرده با بازدهی ضعیفی تولید شود. انتشار گازهای گلخانهای خودروهای بنزینی کمتر تمام میشود.
اول مرغ بود یا تخم مرغ؟ زیرساخت سوختگیری هوای فشرده
ایستگاههای سوختگیری هوای فشرده وجود ندارد. خودروی برقی را میتوان در حیاط خانهای که پریز برق دارد شارژ کرد، برای هوای فشرده چه باید کرد؟ کمپرسور خانگی راه چاره نیست و پر کردن مخزن آن ساعتها زمان میبرد. چگالی انرژی باتریهای یون لیتیوم هر سال بهبود یافته و شبکههای شارژ این خودروها نیز سال به سال توسعه یافت. دولتها به با سیاستهای حمایتی به خودروهای برقی یارانه دادند و در سال ۲۰۱۲ بود که خودروسازی تاتا کار بر روی توسعه خودروی هوای فشرده را منتفی و متوقف کرد.
اما هوای فشرده در پشت پرده به اثرگذاری خود بر تولید خودرو ادامه میدهد. اینجا خواهید خواند که
تولید خودروی برقی بیش از آنچه فکر میکنید به هوای فشرده و کمپرسور نیاز دارد.
از خودروهای عجیب و غریب و شکست خوردهی هوای فشرده خسته نشدید؟ این یکی را ببینید:
