قاره سبز در تلاقی دو بحران «تامین سوخت» و «گرمایش کره زمین» نگاهی ویژه‌تر به انرژی‌های نو داشته است. قاره‌ای که یک سال پیش از این، تنها با بحران دوم روبه‌رو بود اما امروز با ابهام بزرگ کمبود سوخت نیز مواجه شده است. در این هنگامه، حرکت به‌سوی انرژی‌های تجدیدپذیر کندتر شده و شهروندان مقاومتی جدی‌تر در برابر حرکت به‌سوی انرژی‌های پاک‌تر نشان می‌دهند. تصمیم اروپا عقب‌نشینی از برخی سیاست‌های قبلی در عین جدیت بیشتر در اجرای برخی دیگر از برنامه‌ها است. به این ترتیب، تعطیلی ظرفیت‌های تولید انرژی فسیلی و هسته‌ای به تعویق افتاده، کماکان سرمایه‌گذاری‌های جدیدی در انرژی‌های آلاینده محیط‌زیست پیگیری می‌شود و حمایت‌های مالی از شهروندانی که از گرانی سوخت آسیب ‌دیده‌اند، در دستور کار است، اما عزم‌ها برای گسترش سرمایه‌گذاری‌های در انرژی‌های نو نیز جزم‌تر شده است. در همین راستا و پس از سال‌ها تحقیق و سرمایه‌گذاری، «هیدروژن» به مرز حضوری جدی‌تر در عرصه تامین سوخت حمل‌ونقل نزدیک شده است. محققان اما در کارایی موثر این سوخت مرددند و بسیاری از تلاش‌ها برای تولید وسایل نقلیه هیدروژنی راه به جایی نبرده است. صنعت حمل‌ونقل ریلی اما امیدوار است جدی‌تر از سایر عرصه‌ها، هیدروژن را وارد سبد تامین انرژی خود کند.

قریب به بیست سال پس از معرفی اولین نمونه‌های لکوموتیو هیدروژنی، رویای استفاده جدی از این سوخت در عرصه ریلی به واقعیت نزدیک می‌شود. در اواخر ماه اوت، مراسم آغاز به کار قطارهای هیدروژنی در یک مسیر محلی نزدیک شهر هامبورگ آلمان برگزار شد. در ابتدا پنج قطار هیدروژنی در این خط محلی به کار گرفته خواهد شد. این قطارها که توسط شرکت «آلستوم» در فرانسه طراحی و ساخته شده و در آلمان مونتاژ شده است، «کورادیا آی‌لینت» (Coradia iLint) نام دارد و با به‌کارگیری آنها در این مسیر ریلی، انتظار می‌رود 8 تن دی‌اکسیدکربن کمتر در مقیاس سالانه تولید شود. مقام‌های شرکت آلستوم در مراسم رونمایی بر مزایای کاهش تولید آلایندگی کربنی و صوتی این قطارها تاکید کردند و این رخداد را در هنگامه بحران‌های زیست‌محیطی، کمبود و گرانی سوخت ارزشمند دانستند.

موتور این قطارها از سلول‌های سوختی بهره می‌گیرد که با ترکیب سوخت هیدروژن و اکسیژنی که از هوا می‌گیرد، الکتریسیته تولید می‌کند. خروجی اگزوزها نیز گرما و بخار آب است. این قطارها قادرند با یک مخزن هیدروژن، 1000 کیلومتر مسافت را طی کنند و حداکثر سرعتی معادل 140 کیلومتر در ساعت داشته باشند، این در حالی است که متوسط سرعت این قطارها میان 80 تا 120 کیلومتر در ساعت است.

فعالیت آزمایشی قطارهای آلستوم از سال 2018 آغاز شده و تاکنون تنها در مسیرهای کوتاه در کنار نمونه‌های دیزلی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در مراسم رونمایی از قطارهای آلستوم، سخنگوی سازمان حمل‌ونقل عمومی ایالت نیدرزاکسن اعلام کرد قطارهای هیدروژنی به‌تدریج جایگزین انواع دیزلی خواهند شد. به گفته وی، هم اکنون 126 قطار دیزلی در خطوط ریلی این ایالت مشغول به فعالیت هستند و 14 قطار «کورادیا آی‌لینت» قرار است جایگزین 15 قطار دیزلی فعلی این خط ریلی محلی در هامبورگ شود.

آلستوم تاکنون چهار قرارداد فروش قطارهای هیدروژنی در کشورهای آلمان، فرانسه و ایتالیا به امضا رسانده و آزمایش‌های موفقیت‌آمیزی در خطوط ریلی کشورهای اتریش، هلند، سوئد و لهستان داشته است. گفتنی است شرکت بزرگ رقیب «زیمنس» نیز در حال طی مراحل آزمایشی قطارهای هیدروژنی خود است و وعده داده بهره‌برداری رسمی از آنها را از سال 2024 آغاز کند.

مسیری دو دهه‌ای

اولین تلاش‌ها برای کاربرد سوخت هیدروژن در صنعت ریلی به کانادا برمی‌گردد. در سال 2002، اولین لکوموتیو خطوط ریلی معدنی با وزن 6/3 تن و با قدرت 17 کیلووات در ایالت کبک رونمایی شد، اما اولین واگن هیدروژنی در آوریل 2006 توسط شرکت راه‌آهن شرق ژاپن معرفی شد و در طول سال‌های اخیر نیز تلاش بسیاری برای کاربرد گسترده‌تر هیدروژن در حمل‌ونقل این کشور صورت گرفت. چین نیز با رونمایی از اولین نمونه تراموا هیدروژنی در تاسیسات مونتاژ کینگدائو، ورود خود را به این عرصه در مارس 2015 اعلام کرد.

این روند اما در سه سال اخیر شتاب بیشتری به خود گرفته است. ایالات متحده نیز از نوامبر 2019 و با سفارش قطار هیدروژنی به شرکت سوییسی «استادلر ریل» به این عرصه وارد شده است و اولین نمونه‌های قطار هیدروژنی قرار است در خط ریلی که در آینده میان دو منطقه «ردلندز» و «سن برناردینو» کالیفرنیا احداث خواهد شد، مورد استفاده قرار گیرد. سفارش دیگری نیز در سپتامبر گذشته به میزان 29 دستگاه از سوی شرکت‌های ریلی ایالت کالیفرنیا به استادلر ارائه شده است.

با این وجود، اولین حضور جدی در خطوط ریلی فرانسه، به سفارش 15 دستگاه قطار در ماه مارس 2021 بازمی‌گردد که قرار است در شمال غرب این کشور مورد استفاده قرار گیرد. سفارش دیگری نیز در آوریل این سال به آلستوم داده شده تا 14 قطار در چهار منطقه ریلی با طول 600 کیلومتر، تا سال 2025 به کار گرفته شود.

با وجود تلاش‌هایی که برای جایگزینی هیدروژن به جای دیزل در خطوط ریلی انجام می‌شود اما به نظر می‌رسد روند بسیار کند است که دلایل آن را منتقدان بیان کرده‌اند.

آینده از آن هیدروژن نیست!

از همان آغاز تلاش‌ها برای جایگزینی هیدروژن به جای سوخت‌های فسیلی، منتقدان این روند را موفق پیش‌بینی نکرده‌اند. دو دهه پیش به نظر می‌رسید زمان مورد نیاز برای غلبه بر چالش‌های فنی و اقتصادی استفاده گسترده هیدروژن در وسایل نقلیه ده‌ها سال به طول خواهد انجامید و این گمان وجود داشت که راه‌حل‌های ساده‌تر و در دسترس‌تری برای کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی در عرصه حمل‌ونقل وجود دارد. حتی Wired News در گزارشی در سال 2008، زمان لازم برای تاثیر معنادار هیدروژن بر مصرف سوخت‌های فسیلی را 40 سال تخمین زد! با توجه به روند خطرناک گرمایش کره زمین، گزارش مذکور تاکید داشت که بشریت نمی‌تواند این مدت زمان را برای بهبود کارایی هیدروژن صبر کند.

«جوزف رام» از مقام‌های سابق وزارت انرژی آمریکا در مستندی که سال 2006 پخش شد، هیدروژن را راهی گران و کم‌بازده برای کاهش گازهای گلخانه‌ای معرفی کرد و این دیدگاه را در سال 2014 نیز مورد تاکید قرار داد. کارشناسان بسیاری بر این باورند که استحصال هیدروژن از متان، آلودگی کربنی به میزان کاربرد بنزین، تولید خواهد کرد. یکی از مهندسان شرکت «فولکس واگن» در سال 2013 از روند دشوار تبدیل سوخت به هیدروژن سخن گفت که نیاز به فشرده‌سازی و ذخیره‌سازی نیز دارد و تبدیل نهایی آن به برق سبب می‌شود 60 تا 70 درصد انرژی اولیه هدر رود.

نتایج یک مطالعه مشترک میان دانشمندان دانشگاه استنفورد و دانشگاه فنی مونیخ در سال 2016 نشان از آن داشت که باتری تمام الکتریکی انتخابی اقتصادی‌تر برای کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن است، بنابراین سرمایه‌گذاری سنگین برای تامین زیرساخت‌های سوخت هیدروژن و تاثیر ناچیز بر کاهش انتشار کربن، بسیاری را بر آن داشته که تمرکز خود را بر انواع دیگر سوخت‌های پاک قرار دهند؛ تا آنجا که مدیر شرکت خودروسازی هوندا در اروپا در سال 2019 از سیاست شرکت متبوعش برای تمرکز بر تولید خودروهای هیبریدی و الکتریکی سخن گفت و اعلام کرد احتمالاً هیدروژن در فن‌آوری‌های نسل بعد مورد توجه قرار خواهد گرفت.

علاوه بر این، ارزیابی‌ها در سال 2020 نشان از آن داشت که وسایل نقلیه هیدروژنی تنها 38 درصد کارایی دارند، در حالی که خودروهای با باتری برقی بین 80 تا 95 درصد کارایی خواهند داشت. کندی در ایجاد زیرساخت‌های تامین سوخت هیدروژن در سال‌های اخیر به‌گونه‌ای بوده که تنها 49 ایستگاه شارژ هیدروژن در آمریکا در سال گذشته میلادی وجود داشته که به جز یک ایستگاه، دیگر ایستگاه‌ها در ایالت کالیفرنیا بوده‌اند. این در حالی است که تنها در این ایالت 42 هزار و 830 ایستگاه شارژ الکتریکی خودرو وجود داشته است.

تولید پیل‌های سوختی هیدروژن نیز بسیار گران است، زیرا برای تولید آن به مواد کمیابی مانند پلاتین برای کاتالیزور نیاز است. محققان تلاش‌هایی برای کاهش استفاده از این فلز کمیاب را در دست دارند که بعید است در آینده نزدیک به نتیجه برسد.

هیدروژن در دنیای حمل‌ونقل

به نظر می‌رسد موفق‌ترین تلاش‌ها برای کاربرد هیدروژن در صنعت ریلی انجام شده باشد. کاربرد این سوخت در سایر عرصه‌های حمل‌ونقل یا محدود به تلاش‌های آزمایشی بوده و یا در بازار با موفقیت قابل‌توجهی همراه نبوده است.

در صنعت هواپیمایی، شرکت مشهور بوئینگ یک مدل هواپیمای کوچک را با پیل سوختی هیدروژن در سال 2008 آزمایش کرد. این شرکت مدل‌هایی از هواپیماهای بدون سرنشین را نیز با این فن‌آوری آزمایش کرده، اما معتقد بوده بعید است بتوان هواپیماهای بزرگ مسافربری را با این سوخت تولید کرد. در بریتانیا اما ساخت موتورهایی با سوخت هیدروژن برای مسافت‌های طولانی و سرعت‌های بسیار بالا در دست انجام است.

در صنعت خودرو نیز در سال 2021، دو خودروی هیدروژنی تویوتا میرای و هیوندای نکسو در بازار وجود داشت، در حالی که مدل کلیریتی هوندا نیز بین سال‌های 2016 تا 2021 تولید می‌شد. تویوتا میرای در پایان سال 2014 به بازار معرفی شد، اما فروش آن تا پایان سال 2019 تنها 10 هزار دستگاه گزارش شده است و حتی کارشناسان در آغاز تخمین می‌زدند فروش هر دستگاه آن با زیانی بالغ بر 100 هزار دلار همراه باشد. در مجموع اگرچه چند خودروساز مطرح جهانی از سال 2013 کار بر فن‌آوری هیدروژنی را آغاز کردند، اما شرکت دایملر، کار بر این پروژه را در سال 2017 رها کرد و دیگر شرکت‌ها نیز تمرکز خود را بر تولید خودروهای الکتریکی گذاشتند؛ به‌طوری که در سال 2020 تنها سه شرکت خودروساز همچنان به تحقیق و توسعه بر این فن آوری ادامه می‌دادند.

در صنایع اتوبوس‌سازی نیز چند مدل هیدروژنی تا سال 2019 به بازار معرفی شد، اما سفارش‌های محدود نیز راه به جایی نبرد؛ چه اینکه در یک نمونه، شهرداری مون‌پولیه فرانسه قرارداد خرید 51 اتوبوس هیدروژنی را به علت هزینه‌های نگهداری شش برابری آن نسبت به مدل‌های برقی، در سال 2022 لغو کرد.

در صنعت کشتی‌سازی، تمرکز بر ساخت مدل‌های کوچک‌تر، کم‌سرعت‌تر و با قابلیت طی مسافت‌های کوتاه با استفاده از فن‌آوری سوخت هیدروژنی در جریان بوده، اما یک مطالعه در سال 2022 نشان داده بهتر است صنعت دریایی در عوض استفاده از این سوخت، از آمونیاک یا متانول استفاده کند.

مزایایی برای صنعت ریلی

با وجود ناکامی‌ها در استفاده گسترده از سوخت هیدروژن در صنایع مختلف حمل‌ونقل اما شرکت «کامینز» که با همکاری آلستوم اقدام به تولید قطارهای هیدروژنی کرده، پنج مزیت را برای استفاده از این سوخت در صنعت ریلی برشمرده است؛ نخست آنکه تولید آلایندگی این قطارها در محل استفاده، صفر است. کامینز مدعی است پیل‌های سوختی هیدروژن سه برابر کارآمدتر از موتورهای احتراق داخلی هستند. مزیت دوم اما برای استفاده در خطوط کم مسافر و محلی برشمرده شده، چراکه ایجاد زیرساخت‌های الکتریکی برای این خطوط پرهزینه است اما مدل‌های هیدروژنی می‌توانند مطابق نیاز سفارش داده شوند و از انعطاف‌پذیری در تولید برخوردارند.

سوخت‌گیری هیدروژن نیز مزیت سوم این قطارها دانسته می‌شود چون مسافتی هزار کیلومتری را با یک‌بار شارژ طی می‌کنند که ده برابر بهتر از نمونه‌های فعلی برقی است. قطارهای هیدروژنی با تنها 20 دقیقه شارژ، می‌توانند 18 ساعت حرکت کنند. مزیت چهارم، امکان تعمیر سریع و عمر طولانی‌تر نسبت به نمونه‌های برقی و دیزلی اعلام شده است. آلودگی صوتی صفر که مناسب مناطق شهری است، پنجمین مزیت قطارهای هیدروژنی از نگاه شرکت تولیدکننده عنوان شده است.

با وجود این مزایا اما همچنان انتقادها متوجه سوخت هیدروژن و دشواری استفاده از آن در صنعت حمل‌ونقل است و منتقدان در زمان بهره‌برداری از قطارهای شرکت آلستوم حتی بر منشا فسیلی تولید هیدروژن مورد استفاده در این قطارها دست گذاشته‌اند و اعلام کرده‌اند تا زمان بهره‌گیری از فن‌آوری‌های سبز در تولید این سوخت، مزیت محیط‌زیستی آن مورد تردید جدی قرار دارد.