کاوازاکی در حال ساخت آینده دنیای موتورسیکلت؛ آیا هیدروژن مایع می‌تواند موتورهای بنزینی را نجات دهد؟

هیدروژن مایع کاوازاکی

در حالی که، بسیاری از خودروسازان و موتورسیکلت‌سازان جهان تمام تمرکز خود را روی توسعه محصولات برقی گذاشته‌اند، کاوازاکی مسیر متفاوتی را انتخاب کرده است. این شرکت ژاپنی سال‌هاست روی پروژه‌ای کار می‌کند که می‌تواند آینده موتورهای احتراق داخلی را متحول کند؛ استفاده از هیدروژن مایع به‌عنوان سوخت.

حالا اسناد ثبت اختراع جدید این شرکت نشان می‌دهد مهندسان کاوازاکی موفق شده‌اند برای یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های این فناوری، یعنی نحوه ذخیره و انتقال سوخت، راهکاری کاملاً نوآورانه ارائه دهند. اگر این پروژه به نتیجه برسد، شاید در آینده شاهد موتورسیکلت‌هایی باشیم که همچنان صدای جذاب پیشرانه را حفظ می‌کنند، اما تقریباً هیچ آلایندگی کربنی تولید نخواهند کرد.

کاوازاکی؛ شرکتی که حاضر نیست با موتورهای احتراق داخلی خداحافظی کند

برخلاف بسیاری از برندهای بزرگ که آینده صنعت را تنها در خودروها و موتورسیکلت‌های برقی می‌بینند، کاوازاکی معتقد است هیجان واقعی موتورسواری فقط به شتاب وابسته نیست؛ صدای پیشرانه، لرزش پیشرانه، تعویض دنده و ارتباط مکانیکی راکب با موتور، بخشی از هویت موتورسیکلت است و نباید به سادگی از بین برود.

به همین دلیل این شرکت در سال‌های اخیر سرمایه‌گذاری گسترده‌ای روی توسعه پیشرانه‌های هیدروژنی انجام داده است. نمونه آزمایشی این پروژه نیز پیش‌تر در پیست سوزوکای ژاپن به نمایش درآمد و نشان داد موتورهای احتراق داخلی هنوز هم ظرفیت زیادی برای پیشرفت دارند.

اما بزرگ‌ترین مانع همیشه یک چیز بوده است؛ ذخیره هیدروژن روی یک موتورسیکلت.

چرا هیدروژن با وجود مزایای فراوان، هنوز جایگزین بنزین نشده است؟

هیدروژن از نظر انرژی، سوختی فوق‌العاده محسوب می‌شود. هر یک کیلوگرم هیدروژن حدود ۱۲۰ مگاژول انرژی تولید می‌کند؛ تقریباً سه برابر بیش‌تر از بنزین.

اما مشکل زمانی مشخص می‌شود که حجم آن را بررسی کنیم. حتا اگر هیدروژن با فشار بسیار زیاد ۷۰۰ بار فشرده شود، تنها حدود ۵.۶ مگاژول انرژی در هر لیتر ذخیره می‌کند؛ در حالی که، بنزین در هر لیتر حدود ۳۲ مگاژول انرژی دارد.

این یعنی برای ذخیره انرژی معادل یک باک ۱۵ لیتری بنزین، باید از مخزنی نزدیک به ۹۰ لیتر هیدروژن فشرده استفاده کرد. واضح است که چنین باکی روی یک موتورسیکلت عملاً قابل استفاده نیست.

مشکل فقط حجم نیست؛ شکل مخزن هم دردسرساز است

برخلاف باک بنزین که می‌تواند تقریباً هر شکلی داشته باشد، مخازن هیدروژن باید استوانه‌ای یا کروی طراحی شوند. دلیل آن فشار بسیار بالای گاز هیدروژن است.

وجود گوشه‌ها و زوایای تیز می‌تواند باعث تمرکز تنش و افزایش خطر آسیب دیدن مخزن شود؛ بنابراین مهندسان مجبورند از طراحی‌های گرد استفاده کنند.

همین موضوع باعث شده نمونه هیدروژنی کاوازاکی، که بر پایه پیشرانه سوپرشارژ Ninja H2 توسعه یافته است، ابعاد بزرگی داشته باشد و با وجود آن هنوز شعاع حرکتی قابل قبولی ارائه نکند.

راه‌حل کاوازاکی؛ هیدروژن مایع

جدیدترین پروژه کاوازاکی بر استفاده از هیدروژن مایع تمرکز دارد. مزیت این فناوری نسبت به هیدروژن فشرده بسیار مهم است.

هیدروژن مایع حدود ۸.۵ مگاژول انرژی در هر لیتر ذخیره می‌کند؛ یعنی تقریباً ۷۵ درصد چگالی انرژی بیش‌تری نسبت به هیدروژن فشرده دارد. به همین دلیل حجم مخزن موردنیاز به شکل محسوسی کاهش پیدا می‌کند و استفاده از آن روی موتورسیکلت منطقی‌تر خواهد شد. اگرچه هنوز هم به اندازه بنزین متراکم نیست، اما فاصله آن بسیار کم‌تر شده است.

نگهداری هیدروژن مایع ساده نیست

البته این فناوری بدون چالش هم نیست، زیرا برای این‌که هیدروژن به حالت مایع باقی بماند، باید در دمای حدود منفی ۲۵۳ درجه سانتی‌گراد نگهداری شود. به همین دلیل مخزن باید عایق‌بندی بسیار پیشرفته‌ای داشته باشد تا گرمای محیط باعث تبخیر سوخت نشود. همچنین شکل مخزن همچنان باید استوانه‌ای یا بیضی باشد؛ این بار نه برای تحمل فشار، بلکه برای کاهش سطح تماس با محیط و حفظ سرمای داخل مخزن.

اسناد ثبت اختراع جدید کاوازاکی چه چیزی را نشان می‌دهند؟

جذاب‌ترین بخش پروژه، فناوری جدیدی است که مهندسان کاوازاکی برای انتقال سوخت طراحی کرده‌اند. در نمونه‌های هیدروژن فشرده، فشار بسیار زیاد داخل مخزن باعث می‌شود سوخت بدون نیاز به پمپ‌های پیچیده وارد سیستم انژکتور شود، اما در هیدروژن مایع چنین فشاری وجود ندارد. به همین دلیل کاوازاکی مجبور شده است سامانه‌ای کاملاً جدید طراحی کند.

براساس اسناد ثبت اختراع منتشرشده، سوخت ابتدا از مخزن خارج می‌شود و وارد بخشی به نام تبخیرکننده می‌شود تا از حالت مایع به گاز تبدیل شود. پس از آن، یک پمپ اولیه هیدروژن را به سمت پمپ دوم هدایت می‌کند، اما نکته حیرت‌انگیز این‌جاست که پمپ دوم اصلاً شبیه پمپ‌های معمولی نیست.

یک سیلندر اضافه که موتور را عجیب‌تر از همیشه می‌کند

هیدروژن مایع کاوازاکی هیدروژن مایع کاوازاکی

در تصاویر منتشرشده از اسناد ثبت اختراع، در نگاه اول تصور می‌کنیم با یک موتور پنج سیلندر خطی روبه‌رو هستیم، اما حقیقت چیز دیگری است. در واقع، پیشرانه همچنان چهار سیلندر است و آن سیلندر پنجم فقط نقش پمپ فشار قوی سوخت را ایفا می‌کند. این پیستون اضافه مستقیماً توسط میل‌لنگ موتور حرکت می‌کند و فشار هیدروژن را به بیش از ۱۵۰۰ psi می‌رساند تا امکان تزریق مستقیم سوخت به داخل محفظه احتراق فراهم شود.

در یکی دیگر از طرح‌های ثبت اختراع نیز نمونه‌ای از یک پیشرانه V8 دیده می‌شود که دو سیلندر اضافه فقط برای پمپاژ سوخت در نظر گرفته شده‌اند؛ ساختاری که ظاهر آن را شبیه یک موتور V10 کرده است. این راهکار باعث می‌شود بدون استفاده از پمپ‌های بزرگ و سنگین، فشار موردنیاز سیستم سوخت‌رسانی تأمین شود.

مزیت بزرگ موتورهای هیدروژنی چیست؟

هیدروژن مایع کاوازاکی

اگر این فناوری به مرحله تولید انبوه برسد، مزایای قابل توجهی خواهد داشت.

مهم‌ترین مزیت آن، حفظ تمام ویژگی‌هایی است که علاقه‌مندان موتورسیکلت‌های بنزینی دوست دارند؛ صدای پیشرانه، حس تعویض دنده، واکنش سریع موتور و شخصیت یک پیشرانه احتراق داخلی همچنان باقی می‌ماند.

در عین حال، خروجی اگزوز تقریباً فقط بخار آب خواهد بود و میزان تولید دی‌اکسید کربن به نزدیک صفر می‌رسد. در واقع، کاوازاکی به جای حذف موتورهای درون‌سوز، تلاش می‌کند آن‌ها را با محیط زیست سازگار کند.

هنوز یک مانع بزرگ باقی مانده است

البته حتا با وجود این پیشرفت‌ها، پروژه هنوز با چالش مهمی روبه‌روست. تجربه ب‌ام‌و در تولید خودروهای هیدروژنی بین سال‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۰۷ نشان داد که حتا با بهترین عایق‌ها، هیدروژن مایع به مرور زمان تبخیر می‌شود.

طبق نتایج آن پروژه، سوخت داخل مخزن معمولاً طی ۱۰ تا ۱۲ روز به تدریج از حالت مایع خارج می‌شود. این موضوع باعث می‌شود نگهداری طولانی‌مدت خودرو یا موتورسیکلت بدون استفاده، همچنان یک چالش جدی باشد. علاوه بر آن، نبود جایگاه‌های سوخت هیدروژن و هزینه بالای تولید هیدروژن سبز نیز از دیگر موانع توسعه این فناوری محسوب می‌شوند.

جمع‌بندی

شاید پروژه هیدروژن مایع کاوازاکی هنوز فاصله زیادی تا تولید انبوه داشته باشد، اما نمی‌توان اهمیت آن را نادیده گرفت. این شرکت برخلاف بسیاری از رقبا، به جای کنار گذاشتن موتورهای احتراق داخلی، تلاش می‌کند آن‌ها را وارد عصر جدیدی کند؛ عصری که در آن لذت موتورسواری همچنان حفظ می‌شود، اما اثرات مخرب زیست‌محیطی به حداقل می‌رسد.

اسناد ثبت اختراع جدید کاوازاکی نشان می‌دهد این پروژه دیگر صرفاً یک ایده آزمایشگاهی نیست و مهندسان این شرکت در حال حل مشکلات واقعی این فناوری هستند. اگر چالش‌هایی مانند ذخیره‌سازی هیدروژن، زیرساخت سوخت‌رسانی و هزینه تولید این سوخت در سال‌های آینده برطرف شوند، شاید نه‌چندان دور شاهد موتورسیکلت‌هایی باشیم که با همان صدای آشنای پیشرانه حرکت می‌کنند، اما تنها چیزی که از اگزوز آن‌ها خارج می‌شود، بخار آب است. شاید این رؤیا امروز دور از دسترس به نظر برسد، اما بسیاری از فناوری‌هایی که اکنون عادی شده‌اند، روزی فقط چند طرح ثبت اختراع روی میز مهندسان بودند.

نوشته کاوازاکی در حال ساخت آینده دنیای موتورسیکلت؛ آیا هیدروژن مایع می‌تواند موتورهای بنزینی را نجات دهد؟ اولین بار در اسب بخار. پدیدار شد.