خرطوشات الهيدروجين المحمولة تؤكد جاذبية المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود

المركبات الكهربائية (EVs) هي الظاهرة السائدة الآن. مع تزايد شعبية واعتماد المركبات الكهربائية بسرعة حول العالم، من المتوقع أن يصل حجم السوق إلى $1,084 مليار قبل انتهاء العقد.

كان عام 2021 عامًا كبيرًا لمبيعات المركبات الكهربائية حيث تضاعفت من 2020 إلى 6.75 مليون، ثم تجاوزت 10 ملايين في عام 2022. وفي الوقت نفسه، من المتوقع أن تصل مبيعات الوحدات للمركبات الكهربائية إلى 18.84 مليون مركبة بحلول عام 2029.

المركبات الكهربائية، على عكس محركات الاحتراق الداخلي التقليدية التي تعمل بالبنزين، تستخدم محركات كهربائية وبطاريات قابلة لإعادة الشحن للتحرك.

في الواقع هناك عدة أنواع: المركبات الكهربائية بالبطارية، التي تعمل بالكامل ببطارية قابلة لإعادة الشحن؛ المركبات الكهربائية الهجينة القابلة للشحن، التي تستخدم كلًا من محركات البنزين التقليدية ومحركًا كهربائيًا يمكن شحنه من مصدر طاقة خارجي؛ المركبات الكهربائية الهجينة، التي لديها محرك يعمل بالبطارية بالإضافة إلى محرك احتراق داخلي، ومركبات خلايا الوقود الكهربائية التي تستخدم الهيدروجين لتشغيل المحرك الكهربائي.

مثل جميع المركبات الكهربائية، تستخدم مركبات خلايا الوقود الكهربائية (FCEVs) أيضًا الكهرباء لتشغيل محرك كهربائي، ولكن بدلاً من استخدام بطارية لتزويدها بالكهرباء، تنتج FCEVs الكهرباء باستخدام خلية وقود تعمل بالهيدروجين.

طريقة عمل مركبات خلايا الوقود هي أن خلية الوقود تحتوي على قطبين — الأنود، وهو القطب السالب، والكاثود، وهو القطب الموجب. يتم وضعهما حول إلكتروليت. ثم يُدخل وقود مثل الهيدروجين إلى الأنود بينما يُزود الهواء الكاثود.

الآن، في الأنود، يُستخدم محفز لتقسيم جزيئات الهيدروجين إلى إلكترونات وبروتونات.

يُستخدم المحفز لتسريع التفاعل الكيميائي، وقد سعى العلماء للعثور على محفز يقلل من تكلفة تصنيع خلايا الوقود الهيدروجينية. البلاتين هو المحفز الأكثر شيوعًا، يليه النيكل والبلاديوم والحديد.

في خلايا الوقود الهيدروجينية، تنتقل الإلكترونات عبر دائرة خارجية لتوليد الكهرباء، بينما تمر البروتونات عبر الكاثود، حيث تتحد مع الأكسجين والإلكترونات لتنتج الماء والحرارة. بهذه الطريقة، تعمل خلية الوقود كمحول للطاقة، على عكس البطارية التي هي جهاز تخزين.

انقر هنا لتعرف لماذا تُعد مركبات خلايا الوقود الكهربائية هي وضع النقل المستقبلي.

خلايا الوقود الهيدروجينية: مستقبل مستدام للمركبات

تستخدم خلية الوقود أساسًا الطاقة الكيميائية للوقود مثل الهيدروجين لتوليد الكهرباء بكفاءة ونظافة. الهيدروجين هو أخف عنصر، يطلق طاقة وفيرة عند تفاعله مع الأكسجين وينتج ماءً فقط.

تم الإعلان عن هذا الغاز غير المرئي كوقود نظيف للمستقبل. يرى مجلس الهيدروجين، وهو مبادرة عالمية تضم أعضاء من الشركات الرائدة في الطاقة والنقل والصناعة، أن الهيدروجين ليس فقط كدافع مستدام للمركبات في المستقبل بل أيضًا كمصدر طاقة نظيف للتدفئة والكهرباء.

مع ذلك، ليس كل الهيدروجين نظيفًا. يأتي “الهيدروجين الأخضر” خالي الانبعاثات فعليًا من التحليل الكهربائي، حيث يتم تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام كهرباء نظيفة.

باستخدام الهيدروجين النظيف، يمكن لخلايا الوقود تحقيق انبعاثات منخفضة أو صفرية والمساعدة في مواجهة تحديات المناخ. بما أن خلايا الوقود الهيدروجينية لا تنتج أي انبعاثات ضارة، فإنها تلغي التكاليف المرتبطة بالتعامل مع المواد السامة وتخزينها. بالإضافة إلى ذلك، تعمل بهدوء ولا تطلق ملوثات هوائية تساهم في مشاكل صحية.

خلايا الوقود، مقارنةً بالبطاريات ومولدات الاحتراق الداخلي، توفر أيضًا المال من خلال إلغاء الحاجة إلى تغيير أو شحن وإدارة البطاريات. الصيانة البسيطة وعدد الزيارات الميدانية الأقل يقللان من تكاليف التشغيل.

مقارنةً بالتقنيات التقليدية القائمة على الاحتراق، تعمل خلايا الوقود أيضًا بكفاءة أعلى. من خلال تحويل الطاقة الكيميائية في الوقود مباشرة إلى طاقة كهربائية، يمكن لخلايا الوقود تحقيق كفاءات عالية.

وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية، تتراوح كفاءة الطاقة لخلايا الوقود الهيدروجينية بين 40٪-60٪ مقارنةً بـ 25٪ لمحرك الاحتراق الداخلي التقليدي للسيارة.

بالإضافة إلى ذلك، توفر سيارات الهيدروجين تجربة قيادة مشابهة للسيارات الكهربائية، وتستغرق وقتًا قصيرًا لإعادة تعبئة خزانات الهيدروجين. كما أن لديها مدى مماثل للمركبات الكهربائية الأخرى التي تمتلك بطاريات كبيرة. هذا يجعل توفر مرونة مركبات خلايا الوقود الكهربائية يتماشى مع تلك الخاصة بالسيارة العادية.

يمكن بالفعل استخدام الطاقة التي تنتجها خلايا الوقود الهيدروجينية لتشغيل أي شيء من الطائرات بدون طيار والمركبات التجارية إلى المباني الصناعية والتجارية والسكنية. وكمصدر طاقة بديل موثوق ونظيف، شهدت هذه التقنية عددًا متزايدًا من التطبيقات.

إذا نظرنا إلى الإحصاءات المتعلقة بمركبات خلايا الوقود الكهربائية (FCEVs)، فقد شهدت زيادة بنسبة 40٪ في عام 2022 مقارنة بالعام السابق، مع أكثر من 72,000 مركبة FCEV تم الإبلاغ عنها على طرق العالم، وفقًا لتقرير النظرة العامة العالمية للمركبات الكهربائية 2023 الصادر عن الوكالة الدولية للطاقة (IEA).

ومع ذلك، انخفضت المبيعات العالمية بأكثر من 30٪ في عام 2023، حيث تم بيع 14,451 مركبة خلايا وقود فقط عالميًا في 2023، مقارنةً بـ 20,704 في 2022. وقد كان هذا الانخفاض مدفوعًا من قبل كوريا الجنوبية، حيث انخفضت مبيعات FCEV بنسبة تصل إلى 55.2٪.

في الوقت نفسه، شهدت الصين نموًا معتدلًا وأصبحت أكبر سوق لـ FCEV في العالم، وفقًا لاستشارة كورية SNE Research.

في الواقع، تسعى الحكومة الصينية لبناء ما لا يقل عن 1,200 محطة لتعبئة الهيدروجين عبر البلاد بحلول العام المقبل، مما سيساعدها على الحفاظ على ريادتها، كما هو الحال في سيطرتها على قطاع المركبات الكهربائية. تنتج الصين ما يقرب من ثلثي مركبات EV في العالم وأكثر من ثلاثة أرباع بطاريات EV.

في الوقت نفسه، أفاد المرصد الأوروبي للهيدروجين أن ألمانيا تمتلك أكبر عدد من تسجيلات أساطيل FCEV في عام 2023، تليها فرنسا.

فيما يتعلق بأنواع المركبات، فإن السيارات الركاب هي الأكثر تسجيلًا من FCEVs وقد شهدت أعلى زيادة في النشاط في السنوات الأخيرة. كما أن حافلات وشاحنات FCEV أصبحت أكثر شيوعًا، حيث بلغ عدد الحافلات 464 وشاحنات 215 في عام 2023.

التحديات التي تواجه مركبات خلايا الوقود الكهربائية

تعتقد الوكالة الدولية للطاقة أن الهيدروجين سيشكل 16٪ من النقل البري بحلول عام 2050.

ومع ذلك، تشكل البنية التحتية مشكلة حيث يتم تعبئة الهيدروجين عبر مضخات خاصة. على سبيل المثال، هناك فقط 178 محطة تعبئة هيدروجين في جميع أنحاء أوروبا، ونصفها في ألمانيا وحدها. في المملكة المتحدة، هناك حوالي تسع محطات هيدروجين مقارنةً بـ 31,000 موقع شحن عام.

ومع ذلك، فإن البنية التحتية تتوسع ببطء. كما أن بنية تحتية تشمل محطات شحن كهربائية ومحطات تعبئة هيدروجين تُعتبر أقل تكلفة من بنية تحتية تعتمد فقط على الشحن الكهربائي.

التكلفة هي عامل آخر يحد من اعتماد سيارات الهيدروجين. النماذج القليلة التي تعمل بخلايا الوقود والمتاحة حاليًا في السوق تكلف أكثر من المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات أو محركات الاحتراق الداخلي.

أحد أسباب ارتفاع تكلفة سيارات الهيدروجين هو تكلفة البلاتين، الذي يعمل كمحفز. ومع ذلك، تم تقليل كمية المعادن الثمينة المطلوبة لخلايا الوقود السيارات بشكل كبير، ولا يزال العلماء يبحثون عن بدائل ذات تكلفة منخفضة.

أما بالنسبة لتكلفة الوقود، فهي تقريبًا مماثلة لتكلفة مركبات الاحتراق ومن المتوقع أن تنخفض مع زيادة إنتاج الهيدروجين عالميًا، وهو ما يُتوقع حاليًا.

حاليًا، تتطلع العديد من كبرى شركات السيارات إلى أن يحل الهيدروجين محل البطارية كتقنية مفضلة لتحقيق الانبعاثات الصفرية.

يشمل ذلك أوليفر زيبس، الرئيس التنفيذي لشركة BMW، الذي وصف الهيدروجين بأنه “القطعة المفقودة في اللغز عندما يتعلق الأمر بالتنقل الخالي من الانبعاثات”. بينما تستثمر الشركة الألمانية بشكل كبير في تقنية البطاريات، لديها أيضًا سيارة BMW iX5 هيدروجين بخلية وقود قيد الاختبار، والتي تستخدم خلايا وقود تويوتا.

لا ترى الشركة المصنعة للسيارات أن مركبة FCEV منافس للسيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات؛ بل تراها مكملة.

“تقنية واحدة بمفردها لن تكون كافية لتمكين التنقل المناخي المحايد على مستوى العالم.”

– قال زيبس العام الماضي

وفقًا للشركة، ستكون مركبات الهيدروجين حلاً مناسبًا لأولئك الذين يحتاجون إلى مرونة عالية ويسافرون كثيرًا. كما تنظر BMW في استخدام تقنية الهيدروجين في الإنتاج واللوجستيات.

تُعد تويوتا (TM ) أكيو تويودا أحد المؤيدين الكبار لخلايا الوقود الهيدروجينية، حيث قال الشهر الماضي إنه يعتقد أن حصة السيارات التي تعمل بالبطاريات ستصل إلى ذروتها عند 30٪ بينما سيشكل الهيدروجين، إلى جانب محركات الاحتراق التقليدية، البقية.

تمتلك الشركة المصنعة للسيارات الرائدة سيارة ميراى التي تعمل بالهيدروجين، وهي متاحة على نطاق واسع للجمهور.

على الرغم من كل الاهتمام والتطوير، فإن مشكلة أخرى تواجه مركبات FCEV هي الحصول على هيدروجين نظيف بسهولة. كما اعترفت تويوتا أن الهيدروجين في السيارات لم يحقق “نجاحًا” حتى الآن بسبب نقص إمدادات الوقود، وفقًا لرئيسها الفني هيروكى ناكاجيما.

ومع ذلك، قد تتغير الأمور قريبًا حيث تكشف تويوتا عن بطاريات خلايا الوقود الهيدروجينية المبتكرة التي يمكن استبدالها.

اختراق تويوتا: خرطوشات الهيدروجين المحمولة

في معرض اليابان للتنقل Bizweek 2024، عرضت تويوتا موتور كورب (TM ) خرطوشات الهيدروجين المحمولة للعالم، وهدفت الشركة المصنعة للسيارات إلى تغيير عالم مركبات FCEV من خلال توفير طاقة قابلة للتبديل لهذه المركبات.

المصدر: Toyota

يُعقد الحدث في الفترة من 15 أكتوبر إلى 18 أكتوبر في مركز ماكوهاري ميس في محافظة تشيبا، ويحضره شركات ناشئة في مجال التنقل تعمل نحو مستقبل مستدام. في الحدث، عرضت تويوتا تقنيتها المتعلقة بالحياد الكربوني.

تسعى الشركة إلى تحقيق الحياد الكربوني من خلال نهج متعدد المسارات، والذي يشمل تحقيق مجتمع هيدروجيني وإدارة الطاقة المتجددة. تساعد هاتان الجهودان في استقرار إمدادات الطاقة وتقليل الأثر البيئي.

كانت خرطوشات الهيدروجين المحمولة أحد التطورات الرئيسية من تويوتا، التي تبلغ قيمتها السوقية 267.8 مليار دولار حيث تم تداول أسهمها عند 169.55 دولار، بانخفاض 7.54٪ منذ بداية العام. قدمت الشركة المصنعة للسيارات أول نموذج أولي عملي لها في عام 2022 من خلال شركة فرعية تركز على تقنية التنقل تُدعى Woven.

تبدو هذه الخرطوشات الكبيرة من الهيدروجين مثل بطاريات AA الكبيرة التي يمكنك ببساطة توصيلها بسيارتك لتوفير الطاقة. عندما تُستنفد كل طاقتها، يمكنك استبدالها بخرطوشة جديدة للحفاظ على تشغيل سيارتك وأجهزتك.

الأهم من ذلك، قامت تويوتا بتقليل حجم ووزن هذه الخزانات، مما سمح بحملها يدويًا. سابقًا، كانت هذه الخزانات الهيدروجينية كبيرة جدًا وصعبة التعامل. قالت الشركة:

“تم تصميمها لجعل الهيدروجين مصدر طاقة مألوف وآمن يمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من المواقف اليومية.”

في حين أن تصنيع سيارات الهيدروجين واستخدامها لا يزال منخفضًا للغاية، الآن بعد أن عالجت تويوتا مشكلة كبيرة في هذه المركبات، من الممكن أن تحصل سيارات الهيدروجين على فرصتها، ومع مرور الوقت قد تتفوق حتى على السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات.

ولكن هذا ليس كل شيء. في الحدث، عرضت تويوتا أيضًا سيارة سباق غير قياسية تعمل بالهيدروجين. بدأت الشركة أولًا في سباق سيارتها GR Corolla التي تعمل بالهيدروجين الغازي قبل ثلاث سنوات، ومنذ العام الماضي، تشارك في سباقات التحمل في كل من اليابان والخارج.

بالإضافة إلى تحفيز صانعي السيارات للانضمام إلى مركبات الهيدروجين، تخطط تويوتا لاستخدامات متعددة لخرطوشات الهيدروجين المحمولة.

الجانب المثير للاهتمام في هذا التطور الجديد هو أن هذه الخلايا يمكن استخدامها أيضًا لتزويد منزلك بالطاقة. يمكنها حتى توفير الهيدروجين للاستخدام في الطهي، وقد تعاونت تويوتا مع شركة ريناي لتظهر موقدًا تجريبيًا يقوم بذلك بالضبط.

في الواقع، تخطط تويوتا للعمل مع شركات لإدخال خرطوشاتها إلى السوق وإيجاد تطبيقاتها المتنوعة. في بيانها الصحفي الرسمي، قالت الشركة:

“(إنها) تهدف إلى إيجاد توافق مع تقنيات وأفكار مختلف الشركات والشركات الناشئة من مجموعة متنوعة من المنظورات، بما في ذلك تقديم الخدمات وتطوير وبيع الأجهزة التي تستخدم خرطوشات الهيدروجين المحمولة.”

مع هذه الخطوة، ستعزز الشركة المصنعة للسيارات، التي تشارك أيضًا في التمويل وأعمال أخرى، “جهودها في استخدام خرطوشات الهيدروجين المحمولة وتساعد في إنشاء مجتمع هيدروجيني”.

اللاعبون الرئيسيون في سوق مركبات خلايا الوقود الكهربائية

الآن، إذا نظرنا إلى بعض الأسماء البارزة في قطاع مركبات خلايا الوقود الكهربائية (FCEV)، فإن Plug Power (PLUG ) كانت من بين الرواد. قامت الشركة بإنتاج رافعات تعمل بخلايا الوقود وتوسعت إلى إنتاج وتوزيع الهيدروجين الأخضر، ومع ذلك، فإن أسهمها حاليًا منخفضة بنسبة 54.22٪ منذ بداية العام حيث تُتداول عند 2.08 دولار. انقر هنا لتعرف كل شيء عن الاستثمار في Plug Power.

ثم هناك Ballard Power Systems (BLDP )، التي تركز على حلول خلايا الوقود للحافلات والشاحنات وغيرها من المركبات الثقيلة. كما أن أسهمها منخفضة بنسبة 55.95٪ حيث تُتداول عند 1.66 دولار، على غرار Nikola Corporation ، التي انخفضت أسهمها بنسبة 83.81٪. يستخدم قسم الشاحنات فيها كلًا من تقنية FCEV و BEV.

الآن، دعونا نلقي نظرة أعمق على الشركة التي حققت أسهمها أداءً جيدًا هذا العام.

#1. Cummins Inc.

تداولت أسهم Cummins عند 332.68 دولار في وقت كتابة هذا المقال، وقد شهدت زيادة بنسبة 38.87٪ هذا العام. وبذلك، تمتلك الشركة قيمة سوقية تبلغ 45.59 مليار دولار مع ربحية السهم (TTM) 3.79، نسبة السعر إلى الأرباح (TTM) 24.13، العائد على حقوق الملكية (TTM) 19.55٪، وعائد توزيعات بنسبة 2.19٪.

معروفة تقليديًا بمحركات الديزل، قامت Cummins أيضًا باستثمارات كبيرة في تقنية الهيدروجين، بما في ذلك خلايا الوقود للمركبات التجارية. في الربع الثاني من 2024، أعلنت الشركة عن إيرادات قياسية بلغت 8.8 مليار دولار وصافي دخل 726 مليون دولار. كان EBITDA في الربع 15.3٪ من المبيعات، بينما كان ربحية السهم المخففة 5.26 دولار.

من خلال استحواذها على Hydrogenics في عام 2019 مقابل 290 مليون دولار، دفعت Cummins قدمًا بحلول خلايا الوقود الهيدروجينية للحافلات والشاحنات وغيرها من المركبات الثقيلة. في عام 2023، أعلنت الشركة أيضًا عن استحواذها على حصة 19٪ التي كانت تمتلكها Air Liquide (AIL.DE ) في Hydrogenics، حيث قالت Cummins إن ذلك “يعزز التزامها بهذه التقنيات والأهمية المتزايدة التي ستلعبها في خلق قيمة لجميع أصحاب المصلحة وتخفيض انبعاثات عالمنا”.

في عام 2022، بدأت Cummins في توفير أنظمة خلايا الوقود ذات غشاء تبادل البروتون (PEM) لشركة Scania، المزود الرائد عالميًا للشاحنات والحافلات لتطبيقات النقل الثقيل، لاستخدامها في 20 مركبة FCEV. بدأ هذا التعاون في مجال الهيدروجين في عام 2020 عندما بدأت شاحنات Scania الأربعة الكهربائية، التي تعمل بأنظمة خلايا الوقود من Cummins، في التشغيل كجزء من مشروع تجريبي مع أكبر موزع بقالة في النرويج، ASKO.

في وقت سابق من هذا العام، أعلنت الشركة عن دمج البرمجيات المتقدمة والإلكترونيات في المركبات الكهربائية (BEVs) ومركبات خلايا الوقود (FCEVs) لتحسين الأداء، وتعزيز السلامة، والمساعدة في جعل صناعات النقل أكثر استدامة. كما أن قسم الأعمال الخالية من الانبعاثات في Cummins، Accelera، أطلقت إصدارات جديدة من محركات خلايا الوقود الهيدروجينية. تقدم محركات خلايا الوقود FCE300 و FCE150 متانة متقدمة، وكفاءة نظام محسنة، وكثافة طاقة أعلى للأنظمة الأكبر.

“من خلال الابتكار المستمر، والاختبار الواقعي في الميدان، والتعاون مع العملاء والشركاء لتخصيص الحلول، نستمر في تحسين تقنيات الجيل التالي لدينا، مما يساعد على تسريع الاعتماد والتحول إلى الصفر.”

– إيمي ديفيس، رئيسة Accelera

الخاتمة

المادة الغازية عديمة اللون والطعم والرائحة والقابلة للاشتعال، الهيدروجين، تُظهر إمكانات كبيرة كناقل للطاقة في المستقبل. تجعل قدرته على التخزين والنقل خاصةً الهيدروجين مناسبًا للاستخدام في مجموعة واسعة من التطبيقات.

في صناعة السيارات، بفضل كفاءتها العالية وملف الطاقة النظيف، تقدم تقنية خلايا الوقود الهيدروجينية بديلاً جذابًا للمركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات. والأهم من ذلك، أن هذه الطاقة النظيفة المطلقة لا تنبعث منها أي انبعاثات CO2 أثناء الاستخدام، ويمكن تقليل انبعاثات CO2 الخاصة بها أكثر خلال عملية الإنتاج باستخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح.

في حين أن اعتماد مركبات FCEV يواجه تحديات، فإن الابتكارات مثل خرطوشات الهيدروجين المحمولة من تويوتا قد تمهد الطريق لاستخدام أوسع. ومع ذلك، من المتوقع أن يساهم الهيدروجين بشكل متزايد في التنقل المستدام.