السيارة الكهربائية حلول واعدة من أجل البيئة المستدامة

الدكتور هيثم الشيباني

خبير في البيئه

1.السيارة الكهربائية

هي السيارة التي تعمل باستخدام الطاقة الكهربائية وهنالك العديد من التطبيقات لتصميمها، وأحد هذه التطبيقات يتم باستبدال المحرك الاصلي للسيارة بمحرك كهربائي، وهي أسهل الطرق للتحول من البترول الى الكهرباء، ويتم تزويد المحرك بالطاقة اللازمة عن طريق بطاريات. ان السيارة الكهربائية  خاصة للأشخاص، أما  المركبة الكهربائية فهي للاستخدام الصناعي أو النقل العام. )1(

تعتمد تصميمات السيارة الكهربائية على محرك يعمل بالكهرباء، ونظام تحكم كهربائي، وبطارية قوية يمكن إعادة شحنها مع السعي الى خفض وزنها وجعل سعرها في متناول المشتري. وتعتبر السيارة الكهربائية أ فضل كثيرا من سيارات محرك الاحتراق الداخلي من حيث المحافظة على البيئة فلا ينتج عنها مخلفات ضارة بالبيئة.

كان التطور محصورا في عام )2009( بالنسبة للسيارات الكهربائية على سيارات صغيرة قصيرة المدى، وكانت بطارياتها ثقيلة الوزن ومرتفعة الثمن، إذ تحتاج بطاريتها قدرة نحو 6000 مركم من نوع بطارية ليثيوم أيون التي تستخدم في الهاتف المحمول. وتحاول مصانع إنتاج السيارات ابتكار بطاريات جديدة للسيارات ليكون ثمن البطارية  أقل من 20.000 دولار، الا أن مدى تلك السيارات التجريبية لا زال دون 200 كيلومتر، وأن العمل يتقدم بخطى جدية في عدد كبير من مصانع السيارات العالمية وبتشجيع ودعم مالي من الحكومات لتطوير بطاريات الليثيوم Li-Tec. نجحت بعض البطاريات  خلال الاختبار في إعادة شحنها 30000 دورة، وهو يعني بقاء البطارية صالحة للعمل -من حيث المبدأ – لمسافة كلية مقدارها 300.000 كيلومتر. والصعوبة الحالية هي في تحقيق زيادة مدى السيارة أكثر من 200 كيلومتر بشحنة واحدة للبطارية، وخفض زمن إعادة الشحن، إذ يستغرق شحن البطارية حاليا نحو 8 ساعات، تكون السيارة خلالها متوقفة عن العمل.

في عام 2010 باشرت السلطات في ألمانيا بتنفيذ برنامج لاختبار السيارات الكهربائية، حيث ساهمت عدة مؤسسات حكومية وبعض الشركات الكبيرة. ومن  المعضلات التي تم التصدي لها هي تأمين  الجهد الكهربائي العالي اللازم لتسيير السيارة، حيث تحتاح إلى جهد كهربائي يبلغ نحو 650 فولتا. كذلك مشكلة البطارية الثقيلة التي تبلغ نحو 120 كيلوغراما للسيارة الصغيرة.

لكن اعادة شحن السيارة الكهربائية من مصدر مولد بالفحم أو البترول يضر البيئة كثيرا، ويزيد من انبعاث ثاني أوكسيد الكاربون الى الجو، فكما هو معروف أن انتاج 20 كيلو واطا  من الكهرباء من محطة توليد كهرباء يطلق 120 غراما من ثاني أوكسيد الكاربون لكل كيلومتر تسيره السياره. لذلك فمن وجهة نظر بيئية يفضل التزود بالكهرباء من مصدر الطاقة المستدامة، لتجنب انبعاث ثاني أوكسيد الكاربون.

تطور السيارة الكهربائية

بينما سار تطور سيارة الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين أو الديزل على قدم وساق خلال القرن الماضي تخلف تطور السيارة الكهربائية، الا أن ظهور الترانزستر خلال الأربعينيات من القرن العشرين غير المعادلة، حيث بدأت إحدى الشركات عام 1947 في إنتاج أول سيارة تعمل بالطاقة الكهربائية، وباستخدام الترانزيستور استطاعت إنتاج سيارة سميت هيني كيلوات Henney Kilowattt.

ورغم نجاح عمل تلك السيارة الكهربائية، فقد اتضح أن سعرها عالٍ بالمقارنة مع سعر السيارات التقليدية، وتوقف إنتاجها عام 1961 لعدم الإقبال عليها. وبعد فترة، في 3 يوليو 1971 استحوذ ت عربة تعمل بالكهرباء على اسم أول سيارة كهربائية يقودها الإنسان على سطح القمر. فقد كانت العربة Lunar rover من ضمن البعثة الفضائية إلى القمر مع أبولو 15. )2(

 وقد أنتجت شركة بوينغ هذه السيارة ليستعملها رواد الفضاء على القمر.وكانت مزودة بأربعة محركات تعمل بالتيار المستمر ومتصل كل منهما بعجلة من العجلات الأربع للسيارة، وبزوج من بطاريات فضة – زنك وهيدروكسيد البوتاسيوم، يبلغ الجهد الكهربائي لكل منهما 36 فولت.

2.السيارة الكهربائية ومرحلة التسعينيات

تمثل الصورة أدناه واحدة من السيارات الكهربائية التي يبلغ مداها 160 كيلومتر  والتي صنعت من قبل شركة جنرال موتورز.

General Motors EV1 : واحدة من السيارات الكهربائية وتعمل ببطارية NiMH عام 1999.

بعد غياب عن السوق وحدوث ازمة البترول العالمية في عام 1973، بدأ الاهتمام من جديد بالسيارة الكهربائية، ليس لتقليل الاعتماد على بترول  من دول الشرق الأوسط فقط، بل  من أجل المحافظة على البيئة أيضا. كما وأصدرت ولاية كاليفورنيا قوانين تلزم شركات السيارات على إنتاج سيارات ملائمة للبيئة بحيث تشكل 10  من مجموع السيارات في تلك الولاية حتى عام 2003. إلا أن السيارات الكهربائية المنتجة كانت مرتفعة السعر، وثمنها ضعف أو ثلاثة أضعاف ثمن السيارات المعتادة، ولم تنجح السيارة الكهربائية في جذب الزبائن مما أدى الى ابتعاد صناع السيارات عن صناعة السيارات الكهربائية، والالتفات فقط إلى تطوير محركات البنزين لتقليل العادم.

التطورات بعد عام 2000

تم تصنيع  بعض السيارات التجريبية بعد عام 2000 فاستطاعت السير بسرعات تبلغ 210 كيلومترات/ساعة، وتصنيع سيارة  تستطيع السير مسافة 400 كيلومتر. ولكنها تجريبية ولا يقبل الناس على شرائها كثيرا نظرا لارتفاع أسعارها وثقل بطاريتها. كما أن إعادة الشحن  تستغرق 8 ساعات وهذا وقت طويل.

ثم بدأت بعض شركات السيارات العالمية في إنتاج سيارة كهربائية متطورة بعد عام 2005 وعرضها للبيع إلا أن بطارياتها لا زالت ثقيلة وغالية الثمن. ويمكن القول أن قدرة بطارية السيارة الكهربائية من نوع ليثيوم – أيون تعادل نحو 6.000 بطارية من النوع الذي يستخدم في الهاتف المحمول، وعليه لأن البطارية مرتفعة الثمن، وتهتم كثير من الدول المتقدمة مثل الولايات المتحدة الأمريكية واليابان وألمانيا،قامت بتشجيع شركاتها الوطنية للسيارات على تطوير مراكم للسيارة الكهربائية بقصد خفض أسعارها. وتدعم هذه الحكومات مصانع السيارات والمعاهد العلمية بمليارات الدولارات لتشجيعها في هذا المجال.

 أما الولايات المتحدة الأمريكية فانها تدعم شركات صناعة السيارات الأمريكية بنحو 2 مليار دولار لتحسين مراكم السيارات.

كذلك تدعم حكومة ألمانيا شركات السيارات الألمانية بنحو 5 مليارات يورو لتحسين مراكم السيارات، وإنتاج سيارات أكثر ملاءمة للبيئة وخفض كمية العادم الضارة. وغرض برنامج  عام 2009 م أن تتطور صناعة السيارات الكهربائية في ألمانيا حسب الهدف الذي أعلنته أنجلينا ميركل مستشارة ألمانيا في عام 2010 م، مؤكدة أن ألمانيا يجب أن تستغني عن النفط وأن يتم تسليم مليون سيارة من هذا النوع حتى عام 2020. )3(

أما الصين فلها مشروع كبير في هذا المجال حيث تأخرت عن صناعة السيارات المعتادة لمدة تبلغ نحو قرن من الزمان بالمقارنة بالعالم الغربي واليابان، إلا أنها تعمل الآن على اختصار هذا الوقت والدخول مباشرة في مجال إنتاج السيارة الكهربائية وتطوير البطاريات الكهربائية التي يمكن إعادة شحنها. وقد توصلت بالفعل إلى ذلك في مجال مراكم المحمول التي تعمل بالليثيوم أيون، وتبذل الجهد أيضا في مجال البطارية الكهربائية  منخفضة السعر.

وبدأت الصين ابتداء من عام2010 في إنتاج سيارة كهربائية للاستعمال الشخصي بالاشتراك مع إحدى شركات السيارات الأمريكية وعرضها في السوق الأمريكي. وتأخذ الصين التكنولوجيا المتطورة وتطويعها للاستخدام داخل البلاد. كما وتتميز الصين بانخفاض أجور اليد العاملة، وقدرتها الكبيرة على المنافسة في السوق العالمي. يضاف إلى ذلك فان السوق الداخلي كبيرجدا، فالصينيون ويبلغ عددهم 1.300 مليون نسمة يحتاجون إلى مئات الملايين من السيارات، وان مئات الملايين من الصينيين يسعون الى الحصول على سيارة حيث يرتفع المستوى المعيشي في الصين ارتفاعا سنويا كبيرا، وأصبح قطاع واسع من الشعب الصيني قادر على شراء سياره. وتحاول الصين أن تكون رائدة في مجال السيارة الكهربائية لبيعها في الداخل أيضا من أجل خفض استهلاك منتجات النفط، وتخفيض اعتمادها على استيراد النفط من الخارج، وكذلك تخفيض وطأة التطور الصناعي السريع على ما يسببه من كميات ضخمة من النفايات تطرد إلى الجو، وتؤثر على البيئة تأثيرا ضارا.

3.التطور في عام 2010

بدأت اليابان منذ العشر سنوات الماضية بإنتاج السيارات الهجينينية، وهي السيارات التي تستخدم بطاريات إلى مسافة نحو 200 كيلومتر، وبعد فراغ البطارية تعمل بالبنزين.

وصار مؤكدا اعتماد الصين على تسيير السيارات الكهربائية بواسطة بطارية ليثيوم أيون، حيث اكتسبت خبرة كبيرة في صناعة ذلك النوع من البطاريات، وهي تأمل دخول السوق العالمية معتمدة على رخص الأيدي العاملة فيها وعلى الأخص في صناعة البطاريات مرتفعة الثمن. )4(

بشكل موازٍ فقد اتخذت معظم شركات السيارات الأوروبية طريق تطوير خلايا الوقود التي تعمل بغاز الهيدروجين، وترجع السبب في ذلك إلى أن بطاريات الليثيوم أيون والمراكم عموما تحتاج لمدة 8 ساعات لاعادة شحن البطارية بالإضافة إلى الثمن العالي لتلك البطاريات وارتفاع وزنها. وقد بينت الاختبارات الأولية على سيارات كهربائية أوروبية تسير بخلايا الوقود أن شحن العربة بالهيدروجين لا يستغرق إلا 3 دقائق تكفي لشحن 44 كيلوغراما من الهيدروجين في السيارة تمكنها من السير مسافة 4000 كيلومتر. لذك سيتأخر تقديم السيارات الأوروبية في الأسواق بعض الوقت من أجل تطوير خلية لوقود من جهة وإنشاء شبكة البنية التحتية لتعميم توزيع وقود الهيدروجين. ومع ذلك فلم تترك الشركات الأوروبية والأمريكية مضمار بطاريات الليثيوم أيون تماما وإنما يشترك الكثير منهم مع الصين ودول شرق أسيا في تطويرها لكي لا يفوتها التطور في هذا المضمار.

إن الجيل التالي من المركبات البديلة التي تم طرحها في الأسواق بدءا من العام 2010 اختلفت عن نموذج السيارات المهجنة التي تعمل بالبنزين والكهرباء السابقة، بكونها مجهزة بنوع جديد من بطاريات الليثيوم التي من شأنها أن توفر أساسا للسيارات العاملة بالبطاريات بصورة كاملة، بما في ذلك نموذج جديد من سيارة تويوتا القادرة على قطع 12 إلى 17 ميلا دون بنزين. ان بعض نماذج »الجيل الثالث« من المتوقع أن تحقق نجاحا تكنولوجيا أبعد من ذلك، بما في ذلك نموذج شيفرولية فولت، وهي كهربائية بالكامل عندما عرضت في عام 2010، حيث تقطع لغاية 240 ميلا في المدن. كذلك نموذج ليف نيسان، التي شوهدت في صالات العرض في 2010 أو 2011، حيث تقطع حتى 367 ميلا بالاعتماد كليا على الكهرباء.

4.مقارنة الديزل والبطارية

 في مطلع عام 2011 تبين أن السيارة تحتاج الى كمية 30 كيلوغراما من الديزل لقطع مسافة 400 كيلومتر، في حين أن السيارة الكهربائية تحتاج إلى بطارية وزنها 450 كيلوغراما لقطع نفس المسافة. هذا المثال يفسر لماذا يزيد ثمن السيارة الكهربائية عن ثمن مثيلتها التي تعمل بالجازولين أو الديزل، لأن مواد صناعة البطارية مرتفعة الثمن، وتحاول مراكز البحث العلمي والجامعات ايجاد مواد بديلة أقل ثمنا وأكثر كفاءة. سوف يظهر خلال السنوات القادمة مدى النجاح في هذا الاتجاه، ومن يفوز بالحل سوف يحتكر حقوق الاختراع ويجلب كثيرا من مصنعي السيارات على مستوى العالم وهذا ما منع وجودها في الأسواق بوفرة.

من 2010 حتى 2015

بموجب تقارير الشركات العالمية لصناعة السيارات، تم إنتاج نحو 3،1 مليون سيارة كهربائية حتى عام 2015. موزعة كالآتي طبقا لمجلة إيه دي إيه سي الألمانية: )5(

56   رينو- نيسان.

19  جي إم.

8  ميتسوبيشي.

3  دايملر.

9  من منتجين آخرين.

في السوق عام 2008 و2009 : تسلا رودستر وميتسوبيشي i-MiEV

وتأتي 2010 : شيفرولية فولت، وستروين C-Zero، فيسكر كارما، نيسان ليف، بيجو أيون وبريوس 111.

عام 2011 : أوبل أمبيرا، ورينو تويستي ورينو بلوينس ورينو كانجو.

عام 2012 : أودي ورينو زوي وسمارت إي دي وتيوتا EV-11.

عام 2013 : فولكس واجن e-up.

عام 2014 : مرسيدس E-Cell.

 عام 2015 : مرسيدس f-Cell وBMW Megacity Vehicle.

ان بعض تلك السيارات يسير بخلايا الوقود التي تعمل بتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين. تحتوي تلك السيارات على خزان للهيدروجين تحت ضغط جوي يصل إلى 700 ضغط جوي. لا تزال تكلفة مثل تلك السيارات باهظة، علاوة على قلة محطات تزويد الهيدروجين لتلك السيارات. وانتشار تلك السيارات يحتاج إلى بنية تحتية ضخمة ومكلفة لتزويد السيارات بالهيدروجين لم تتحملها الحكومات في عام )2014(.

شحن بطارية السيارة

ان زمن شحن بطارية السيارة الكهربائية يعتمد على قدرة السيارة ونوع التيار. فتحتاج سيارة كهربائية قدرتها 40 كيلوات ساعة نحو 11 ساعة لشحنها بالتيار المنزلي ذي الطور الواحد )16 أمبير و7،3 كيلوواط( في حين أنها تشحن لمدة 4 ساعات عند توصيلها بتيار ثلاثي الأطوار)16 أمبير، 11 كيلوواط(. وتحتاج السيارة الكهربائية ذات القدرة 12 كيلوواط ساعة نحو ثلاث ساعات لشحنها بالمنزل )بتيار أحادي الطور( بينما يتم شحنها بتيار ثلاثي الأطوار خلال 11 ساعة.

عرض لبعض السيارات الكهربائية

ان للعديد من شركات السيارات محاولات لانتاج السيارة الكهربائية، وما يلي بعض الأمثله:

General Motors EV1، مداها 160 كيلومتر وبطارية NiMH، عام 1999

Toyota RAV4 EVتعمل ب 24 بطارية كل منها 12 فولتا، عام 2005.

MIEV-Mitsubishi i MiEV سيارة كهربائية موديل MiEV

5.جهود شركة تيسلا 6

 حسب موقع كارمودي المتخصص بالسيارات، تم التوصل الى استخدام مادة السيليكون في بطاريات السيارات، وهذا سوف يغير مستقبل صناعة السيارات الكهربائية كلياً.  وأن استخدام مادة السيليكون سيكون أمراً أكثر تقدماً من تكنولوجيا بطاريات الليثيوم-أيون.

 وقد سعت شركة السيارات الأمريكية )تيسلا( لتطوير سيارات كهربائية لتصبح أقل ثمناً. وذلك ببناء مصنع ضخم  بكلفة 5 مليار دولار بهدف تقليل كلفة طاقة الكيلو واط. ساعة في بطاريات ليثيوم – أيون الكهربائية الخاصة بها بنسبة 30 في نهاية عام 2017.

وتسعى العديد من الشركات الأخرى إلى تطوير نماذج واعدة لسيارات أقل ثمناً وبطاريات ذات سعة أكبر، ولكن تيسلا تحتل الصدارة  من خلال اتباع عدة طرق ودراسات مكثفة  من أجل الوصول إلى  إنتاج سيارة كهربائية أقل ثمناً بنسبة 50.

إن عدد الباحيثن الذين يقومون بدراسة استخدام السيليكون في خلايا بطاريات الليثيوم ذ أيون حول العالم كبير جداً، ويعمل عدد كبير منهم على هذا الموضوع

وإن طريقة عمل البطارية تتيح المجال لتخزين كمية إضافة من الطاقة في نفس المساحة السابقة.

لقد وصلت شركة تيسلا تقدم يضعها في المرتبة الأولى في قطاع الطاقة الحديث، مقارنة بالشركات الأخرى التي تقوم بتطوير أبحاث استخدام بطاريات ليثيوم -أيون.

وهناك أمثلة أخرى لانتاج سيارات كهربائية والبعض منها على نطاق شخصي تستحق الاحترام كما يلي:

محمود محمد مجاهد، فلسطيني تغلب على إعاقته وصنع سيارة كهربائية.

سيارة تعمل بالكهرباء.. صنعت في فلسطين. 3 يوليو 2008م.

تم عرض السيارة الكهربائية في غزةعلى اليوتيوب، الجزيرة الوثائقية، 6 أبريل 2009.

استطاع شاب فلسطيني التغلب على إعاقته وصنع سيارة كهربائية.

6.الخاتمه:

اعلنت السيارات الكهربائية تحدياتها لمصنعي السيارات التي تعمل على وقود الديزل والبنزين، من أجل البيئة المستدامه.

السيارات الكهربائية تقدم حجما اضافيا للأمتعة.

تحتاج السيارات الكهربائية الى التغلب على سعر السيارة المرتفع نسبيا ووزن البطارية الأثقل من نظيرتها التقليدية.

تقوم مراكز البحوث المتقدمة في العالم بتجارب متواصلة من أجل حل معضلات  وزن البطارية،وثمنها الباهض والوقت اللازم لاعادة شحنها.

اهتمت الشركات الصناعية وتسابقت من أجل انتاج أفضل السيارات الكهربائية، وقد حققت )شركة تسلا( قفزات نوعية وكمية في هذه الصناعة الصديقة للبيئة.

نهضت الأمم الحية مثل ألمانيا واليابان بعد الحروب العالمية على الرغم من الدمار الفظيع التقليدي والنووي الذي تعرضت له في البنية التحتية والخسائر البشرية والخسائر في الموارد المادية والاقتصادية، الا أنها قدمت نماذج رائعة في التقدم العلمي والتكنولوجي والتعجيل الخرافي في اعادة البناء.

فأين نحن من كل هذا؟ والى متى تتبدد أموال الوطن العربي الذي يطوف على ثروات وكنوز خلقها الله له؟

السؤال يحمل هموم محب لبلاده ومشتكٍ الى رب العباد.