ما الذي سيجسر الفجوة بين محركات الاحتراق الداخلي والمحركات الكهربائية؟

المركبات التي تعمل بمحركات كهربائية هي المستقبل. سواء كان ذلك من خلال استخدام حزم البطاريات أو خلايا الوقود الهيدروجيني أو أي حل مبتكر آخر، النتيجة النهائية هي نفسها – محركات الاحتراق الداخلي (ICE) في طريقها إلى الانتهاء.

لكن هذا ليس تغييرًا سيحدث بين ليلة وضحاها. على مدى عقود، استثمرت الدول حول العالم بشكل كبير في تطوير البنية التحتية المصممة خصيصًا لتلبية احتياجات الوقود السائل مثل البنزين والديزل. بينما قد يبدو من المعقول افتراض أن إمكانات المركبات القائمة على محركات الاحتراق الداخلي قد استُنزفت بالفعل، فإن ذلك ليس صحيحًا، وفهمنا المتزايد لعلوم المواد يتيح مستقبلًا يتم فيه إطالة عمر محركات الاحتراق الداخلي لتعيش بتناغم جنبًا إلى جنب مع نظيراتها الكهربائية لسنوات قادمة.

مع استمرار صناعة محركات الاحتراق الداخلي في النمو من حوالي 55 مليار دولار في عام 2021 إلى حوالي 70 مليار دولار بحلول عام 2028، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 3.71٪، لا يزال هناك إمكانات استثمارية لم تُستغل بعد.

The following is a brief look at a few innovations that have the potential to give ICE based vehicles this new lease-on-life, bridging the gap to the inevitable dominance of EVs.

المصنعون والمبتكرون

قبل إلقاء نظرة على بعض الابتكارات الحديثة التي تهدف إلى إطالة عمر محركات الاحتراق الداخلي، تأكد من الاطلاع على الشركات المتداولة علنًا التالية؛ كل منها يلعب دورًا نشطًا في تطوير/الترويج لمثل هذه المنتجات.

Porsche (P911)

من بين مصنعي السيارات، تُعد Porsche واحدة من الأكثر أيقونية. تتجاوز جهود الشركة مجرد إنشاء أعمال فنية متحركة، وتتحمل مسؤولية تطوير ودعم تقنيات جديدة تهدف إلى تحسين كل من أداء مركباتها وكفاءتها (مثل الوقود الصناعي).

تقع Porsche في شتوتغارت، ألمانيا. توظف الشركة ما يقرب من 40,000 موظف، وقد حققت إيرادات تجاوزت 37 مليار دولار في السنة المالية الأخيرة.

Tesla (TSLA)

على الرغم من أن Tesla (TSLA ) قد تعتمد على أطراف ثالثة لتصنيع حزم البطاريات فعليًا، فإن طلبات واحتياجات الشركة كانت السبب الوحيد في معظم الابتكارات داخل قطاع المركبات الكهربائية خلال العشرين سنة الماضية.

في حين شهد عام 2022 انخفاضًا حادًا في سهم TSLA، تغيرت الأمور، حيث سجل عام 2023 انتعاشًا ملحوظًا بنسبة +55.48٪ منذ بداية العام حتى تاريخ كتابة هذا المقال. على الرغم من عام 2022 الصعب، تمكنت الشركة من تحقيق إيرادات بلغت 81.46 مليار دولار خلال تلك الفترة.

تقع Tesla في تكساس، الولايات المتحدة.

الذكاء الاصطناعي

الابتكار الأول الذي سيسمح لمركبات محركات الاحتراق الداخلي بأن تستمر في أن تصبح أكثر كفاءة وتكسب بضع سنوات إضافية قبل أن تصبح قديمة هو القيادة الذاتية باستخدام الذكاء الاصطناعي (AI).

يتمتع الذكاء الاصطناعي بهذه القدرة من خلال إزالة الأخطاء والعادات البشرية من المعادلة. سيسمح AI بالتواصل بين المركبات على الطريق، مما يقلل الازدحام والمرور والانبعاثات الزائدة الناتجة؛ سيلتزم AI بحدود السرعة ولن يسرع بشكل غير فعال من إشارة إلى أخرى؛ يمكن للذكاء الاصطناعي الحفاظ على سرعة ثابتة دون إجهاد دواسة الوقود.

لأسباب المذكورة أعلاه، وأكثر من ذلك، يمتلك AI القدرة على تمكين مركبات محركات الاحتراق الداخلي التقليدية من البقاء تنافسية قدر الإمكان مع المركبات الكهربائية لأطول فترة ممكنة.

الوقود الصناعي

المشكلة الرئيسية في مركبات محركات الاحتراق الداخلي هي اعتمادها على الوقود الأحفوري. ليس فقط أننا نفقد هذا المصدر من الوقود، بل إن استخراجها من الأرض ومعالجتها وحرقها يضر بالبيئة بشدة.

وبما أن ذلك هو الحال، ليس من المفاجئ أن نعلم أن أحد أكثر الابتكارات واعدةً للمساعدة في إطالة عمر مركبات محركات الاحتراق الداخلي هو إنشاء الوقود الصناعي أو ‘eFuel’. في الواقع، يحمل الوقود الصناعي وعدًا كبيرًا لدرجة أن مناطق مثل أوروبا قد قررت بالفعل السماح باستثناءات في حظرها على المحركات التي تنبعث منها ثاني أكسيد الكربون في السنوات القادمة لأولئك الذين يستخدمون eFuel.

إذن ما هو الوقود الصناعي أو ‘eFuel’؟ إنه مصدر طاقة يمكن استبداله بالبنزين المستخرج من الوقود الأحفوري للاستخدام في مركبات محركات الاحتراق الداخلي العادية. هناك حاليًا طريقتان رئيسيتان لإنشائهما، مثل:

• من خلال عملية متعددة الخطوات حيث يتم تقسيم H₂O عبر التحليل الكهربائي، مما يطلق جزيئات هيدروجين ثنائية الذرة التي تُحوَّل بعد ذلك إلى ميثانول عن طريق دمجها مع CO₂ الملتقطة من الهواء. ثم يُحوَّل الميثانول الناتج إلى eFuel (بنزين صناعي) في درجات حرارة عالية باستخدام المحفزات.
• بناء الهيدروكربونات التي تشكل اللبنات الأساسية للبنزين من CO₂ و H₂

يجب الإشارة إلى أنه في الوقت الحالي، لا يُعد eFuel حلاً مثاليًا على الإطلاق. فالعمليات المذكورة أعلاه لإنشاء eFuel تتطلب طاقة كبيرة. علاوة على ذلك، لا يزال ‘البنزين’ الناتج يُعد مصدرًا لانبعاثات العادم. ما يمكن أن يقدمه العملية هو القدرة على جعل الوقود الناتج محايدًا للكربون عن طريق إزالة CO₂ من الهواء واستخدام مصادر طاقة مستدامة في عملية الإنشاء.

في حين قد تكون Porsche تدعم هذا الابتكار كوسيلة لجعل مركبات محركات الاحتراق الداخلي – التي ستظل على الطرق لعقود قادمة بغض النظر عن تبني المركبات الكهربائية – أكثر صداقة للبيئة، فإن الشركات مثل HIF هي التي تعمل على تحسين الوقود والعمليات اللازمة لإنشائه.

الاحتكاك – صديق أم عدو؟

عندما يتعلق الأمر بالنقل البري، يكون الاحتكاك في آنٍ واحد نعمة وعيبًا. الاحتكاك ضروري لنقل القوة عبر إطارات المركبة إلى الأرض. إنه ما يسمح للمركبات بالحفاظ على التحكم أثناء الفرملة والانعطاف. ومع ذلك، يصبح عيبًا عندما يحدث في نظام نقل الحركة بالمركبة، حيث يمكن أن يؤدي الاحتكاك إلى إهدار جزء كبير من الطاقة الميكانيكية المحتملة على شكل حرارة.

زوج من الحلول لتجاوز الاحتكاك تشمل تحسين سطح النصوص واستخدام الزيوت الصناعية.

الدراسات الجارية على تحسين سطح النصوص أظهرت نتائج واعدة من خلال استخدام الأخاديد والنتوءات داخل جدران أسطوانات محركات الاحتراق الداخلي، مما يُظهر انخفاضًا كبيرًا في الاحتكاك والحرارة الناتجة.

الزيوت الصناعية ليست شيئًا جديدًا. عندما تم تقديمها لأول مرة قبل عقود، كبديل لزيت المحرك التقليدي، وفرت خيارًا بخصائص تشحيم أفضل، ومقاومة التآكل، ولزوجيات متغيرة، وأكثر. لم تتوقف العلوم وراء هذه الزيوت. مع ازدياد فهمنا المستمر لعلوم المواد، أصبحت الزيوت الصناعية بشكل مستمر أكثر صلابة وفعالية في أداء وظيفتها.

مجتمعةً، يمكن لاستخدام تحسين سطح النصوص وتطوير الزيوت الصناعية أن يساعد مركبات محركات الاحتراق الداخلي على القضاء على جزء كبير من الخسائر الميكانيكية التي تحدث عبر أنظمة نقل الحركة. بينما لن تصل أبداً إلى الكفاءة العالية للمركبات الكهربائية التي تدعي خسائر لا تتجاوز 5٪، فإن تقليل الخسارة التي تقارب 50٪ في محركات الاحتراق الداخلي يمكن أن يساهم بشكل كبير في إطالة عمرها.

إعادة تصور محرك الاحتراق الداخلي

إذن يمكن للذكاء الاصطناعي أن يحل محل السائق، والوقود الصناعي أن يحل محل مصادر الطاقة، والزيوت الحديثة مع تحسين سطح النصوص يمكن أن تقلل من خسائر المحرك الميكانيكية. كل ذلك رائع، لكن هناك شركة واحدة تأخذ هذه المبادرات خطوةً أخرى من خلال إعادة تصميم شبه كامل لمحرك الاحتراق الداخلي التقليدي نفسه.

Avadi engines، التي أغلقت مؤخرًا حملة تمويل جماعي على StartEngine حيث جمعت الشركة أكثر من 210,000 دولار، تدعي أنه من خلال إلغاء نظام الصمامات التقليدي، يصبح محرك الاحتراق الداخلي المعاد تصميمه أكثر مضغوطًا، أخف وزنًا، أكثر كفاءة، متعدد الاستخدامات، ووحش عزم الدوران.

يستخدم التصميم الفريد للشركة مكبسًا دوارًا مع ذراعين ربط توأمين. تسمح دوران المكبس بإلغاء نظام الصمامات التقليدي من خلال تمكين دمج صمامات السحب والعادم في رأس الأسطوانة. تدعي Avadi أن،

“وفقًا للاختبارات الداخلية، فإن Avadi MA-250 يزن تقريبًا نصف الوزن ويضاعف عزم الدوران وقوة الحصان مقارنة بأقرب محرك منافس، كل ذلك مع حرق حوالي 30٪ أقل من الوقود.”

بينما تشير Avadi إلى أن نموذجها الأول، MA-250، يملك 15 حصانًا و22 رطل-قدم من عزم الدوران بينما يزن فقط 26 رطلاً، يمكن أيضًا تعديل حجمه صعودًا وهبوطًا لتناسب تطبيقات مختلفة.

هذه القدرة على التوسع صعودًا وهبوطًا مهمة لأن محركات الاحتراق الداخلي تُستخدم في أكثر من مجرد النقل البري. في الواقع، أحد الأسباب التي تجعل محركات الاحتراق الداخلي ستظل سائدة لسنوات قادمة هو انتشار استخدامها في عدد كبير من التطبيقات. سواء كان ذلك جرارًا للحدائق، أو ATV، أو ماكينة تقطيع الخشب، أو أي قطعة أخرى من الآلات، يمكن العثور على محركات الاحتراق الداخلي في كل مكان. وهذا ما تسعى إليه الآن شركات مثل Avadi ونموذجها الأولي MA-250.

الكلمة الأخيرة

كما ذُكر في بداية هذه المقالة – استبدال المركبات الكهربائية لمحركات الاحتراق الداخلي هو مجرد مسألة وقت. لم يعد هذا يبدو سؤالًا كبيرًا في هذه المرحلة. ما هو مثير للاهتمام هو الابتكار المستمر للمهندسين الذي يسمح لمحركات الاحتراق الداخلي بالبقاء مصدر طاقة قابلًا للاستخدام لسنوات قادمة.

بينما المركبات الكهربائية موجودة الآن، وتقترب من التكافؤ مع مركبات محركات الاحتراق الداخلي عبر مجموعة متنوعة من المقاييس، سيستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن تتبع البنية التحتية العالمية هذا الاتجاه. ومع ذلك، لا يزال هناك وقت كافٍ للمستثمرين الأذكياء لتحقيق استثمارات مربحة في مجال محركات الاحتراق الداخلي. سواء كان ذلك من خلال تقنيات الجسر مثل الوقود الحديث، أو الزيوت، أو إعادة تصميم المحركات – الفرصة موجودة.

ربما خلال بضع سنوات، سيأتي يوم نمتلك فيه مركبات ذاتية القيادة تعمل بمحرك Avadi، وتعمل على eFuel، وتتمتع بكفاءة استثنائية من خلال استخدام زيوت الجيل التالي وتحسين سطح النصوص.