محرك ثنائي التكافؤ

فتحة تعبئة الوقود اليسرى لسيارة BMW للهيدروجين، وفتحة تعبئة الوقود اليمنى للبنزين، متحف أوتوفيجن ، ألتلوسهايم ، ألمانيا

المحرك ثنائي الوقود هو محرك يمكنه استخدام نوعين مختلفين من الوقود. ومن الأمثلة على ذلك محركات البترول / الغاز الطبيعي المضغوط ومحركات البترول/ غاز البترول المسال ، وهي متوفرة على نطاق واسع في سوق قطع غيار سيارات الركاب الأوروبية.

الأنواع

الكحول والبترول

تُعدّ المحركات التي تعمل إما بالكحول (الذي يُنتج غالبًا كوقود حيوي ) أو بالبنزين العادي من أنواع المركبات المرنة الوقود . وتُنتج هذه المركبات وتُباع على نطاق واسع في الولايات المتحدة ودول أخرى.

الغاز الطبيعي المضغوط أو المسال والبترول

يُصنع الغاز الطبيعي المضغوط (CNG) عن طريق ضغط غاز الميثان وتخزينه تحت ضغوط عالية. أما الغاز الطبيعي المسال (LNG) فيُصنع ويُخزن في درجات حرارة منخفضة للغاية، تمامًا مثل الهيدروجين السائل. تتطلب الخصائص الفيزيائية للغاز الطبيعي أن تكون نسبة انضغاط المحرك أعلى من تلك الموجودة في محركات الاحتراق الداخلي التقليدية، مما يُحسّن الكفاءة. يتميز الغاز الطبيعي أيضًا برقم أوكتان أعلى ، مما يسمح بحرقه عند درجات حرارة أعلى، وبالتالي تقليل طرق المحرك ، كما يُمكن إنتاج هذا الوقود دون الحاجة إلى عمليات تكرير معقدة. نظرًا لقلة الكربون غير المحترق الناتج عن احتراق الغاز الطبيعي، يبقى المحرك والزيت أنظف بكثير مما لو تم حرق البنزين فقط، مما يُطيل عمر المحرك. تتوفر في السوق مجموعات تعديل لتحويل المركبات للعمل بالغاز الطبيعي المسال أو الغاز الطبيعي المضغوط والبنزين. في الولايات المتحدة، يُعد الغاز الطبيعي أرخص من البنزين. ومع ذلك، فإن الغاز الطبيعي المضغوط عند الضغوط النموذجية يتطلب إعادة تعبئة متكررة لأنه يحتوي فقط على ربع الطاقة لكل وحدة حجم من البنزين، [ 1 ] بينما يحتوي الغاز الطبيعي المسال على 80٪ فقط.

غاز البترول المسال والبترول

غاز البترول المسال (LPG) هو خليط من عدة هيدروكربونات ، أهمها البروبان والبيوتان والإيثان . يمتزج هذا الغاز بسهولة مع الهواء، مما يسمح باحتراق أكثر اكتمالاً. يُعدّ هذا الوقود أقل تكلفة من البنزين العادي، لكن طاقة غاز البترول المسال لكل وحدة حجم أقل، لذا فإن كفاءته في استهلاك الوقود أقل. يُطيل غاز البترول المسال عمر المحرك نظرًا لخصائصه النظيفة في الاحتراق. يكمن الاختلاف الرئيسي بين هذه المركبات وغيرها في أنظمة تخزين الوقود. يكون غاز البترول المسال غازًا في درجة حرارة الغرفة، ولكنه سائل عند ضغطه (يختلف الضغط المطلوب حسب تركيبة الخليط). يُخزّن عادةً عند ضغط حوالي 10 بار . من عيوبه أن خزانات وقود غاز البترول المسال أثقل بكثير من الخزانات التقليدية، مما يستدعي استخدام خزانين، الأمر الذي يزيد من وزن المركبة. تُصنّع العديد من شركات السيارات مركبات تعمل بغاز البترول المسال والبنزين. [ 2 ] يرى البعض أن غاز البترول المسال هو أقل أنواع الوقود البديلة ملاءمةً للبيئة لأنه مُشتق من الوقود الأحفوري، مما يؤدي حتمًا إلى انبعاث غازات دفيئة في الغلاف الجوي. [ 3 ]

الهيدروجين والبترول

يمكن للمحركات ثنائية التكافؤ استخدام وقود الهيدروجين ، كما يتضح من سيارة BMW Hydrogen 7 التي تستخدم محرك V12 ثنائي التكافؤ من سلسلة H7. يشبه هذا المحرك محرك الاحتراق الداخلي التقليدي الذي يعمل بالبنزين، باستثناء نظام حقن الوقود . فعندما تعمل سيارة BMW Hydrogen 7 بالبنزين، يُحقن الوقود مباشرةً في الأسطوانات، أما عند تشغيلها بالهيدروجين، فيُحقن الوقود في مشعب السحب. وتدّعي BMW أن Hydrogen 7 هي "أول سيارة هيدروجينية جاهزة للإنتاج في العالم"، على الرغم من أنه لم يُنتج منها سوى 100 سيارة فقط، ولا توجد خطط لإنتاج المزيد. [ 4 ]

مستقبل

أصبح خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والحفاظ على الموارد الطبيعية ذا أهمية متزايدة لدى الناس في جميع أنحاء العالم. وتفرض العديد من الدول قوانين تنظم كفاءة استهلاك الوقود في المركبات المصنعة حديثًا، كما تقدم حكومات كثيرة حوافز ضريبية لمصنعي المركبات الذين يستخدمون وقودًا نظيف الاحتراق. وهذا يحفز مصنعي المركبات على تطوير تقنيات جديدة لمحركات الاحتراق الداخلي. ويُسهّل المحرك ثنائي الوقود الانتقال من الوقود الأحفوري إلى أنواع الوقود البديلة. وتشهد هذه التقنية تطورًا مستمرًا، وهناك طلب متزايد على محركات أكثر كفاءة وأنظف احتراقًا.

وقود الهيدروجين

الهيدروجين الغازي

يُجرى البحث حاليًا على الهيدروجين كوقود للمركبات نظرًا لعدم انبعاث ثاني أكسيد الكربون منه . وإذا ما ازداد استخدام الهيدروجين كوقود، فإنه يُحتمل أن يكون أقل تكلفة من أنواع الوقود الأخرى، شريطة إمكانية إنتاجه بتكلفة منخفضة عبر التحليل الكهربائي. يُمكن استخدام الهيدروجين وإنتاجه في خلايا الوقود لتشغيل المحركات الكهربائية، أو حرقه مباشرةً في محركات الاحتراق الداخلي. وقد طورت شركة BMW محرك احتراق داخلي ثنائي التكافؤ يُمكنه التبديل بين وقود البترول ووقود الهيدروجين السائل . يصعب تخزين الهيدروجين في حالته الغازية، كما أن كثافة طاقته الحجمية منخفضة. يُمكن إنتاجه بطرق عديدة، إلا أن العديد من هذه الطرق تُنتج ثاني أكسيد الكربون. وتُعد عملية التحليل الكهربائي الطريقة الأكثر واعدة . وقد دُرست سلامة خزانات تخزين الهيدروجين في حال وقوع حادث، وأظهرت اختبارات مختلفة أنها لا تُشكل أي مشكلة. [ 5 ] عند استخدامه كوقود، يتميز الهيدروجين بنطاق واسع من قابلية الاشتعال وطاقة اشتعال منخفضة. تسمح هذه الخصائص بحرق الهيدروجين باستخدام مجموعة واسعة من مخاليط الهواء والوقود، ولكن تظهر مشكلة الاشتعال المبكر. تُعدّ تهوية علبة المرافق بالغة الأهمية عند حرق الهيدروجين، نظرًا لانخفاض طاقة اشتعاله. فالتهوية المناسبة ضرورية لمنع الاشتعال داخل علبة المرافق وتكوّن الماء في زيت المحرك. [ 6 ] يُعدّ الهيدروجين والغاز الطبيعي وقودًا متشابهًا جدًا، لذا فإنّ الاختلافات بين المكونات اللازمة لحرقهما طفيفة، ويمكن بسهولة إنشاء أنظمة متوافقة بينهما.

الهيدروجين السائل

يمكن زيادة كثافة الطاقة الحجمية إذا تم تخزين الهيدروجين كسائل مبرد. يوفر الهيدروجين السائل ما يقارب ثلث الطاقة التي يوفرها البنزين لكل وحدة حجم.

يُعاني وقود الهيدروجين السائل من بعض العيوب. فالتكنولوجيا حديثة للغاية، والبنية التحتية لمحطات تعبئة الهيدروجين السائل محدودة جدًا حاليًا. وتُنتج العديد من العمليات الشائعة في تصنيع هذا الوقود غازات دفيئة ، كما أن الهيدروجين المُنتَج يُستخرج عادةً من موارد محدودة. ويُعدّ تخزين الهيدروجين السائل مشكلة رئيسية، فنظرًا لانخفاض درجة غليانه (-252.88  درجة مئوية)، يصعب الحفاظ على برودته بدرجة كافية ليظل سائلًا. وعندما يسخن، يتبخر ، ما يؤدي إلى ارتفاع الضغط في خزان الوقود، وبالتالي يجب تصريف جزء من الغاز. ولذلك، تُركّب صمامات تصريف في هذه المركبات لمنع ارتفاع الضغط في الخزان بشكل كبير، ولكن مع ذلك، يُفقد جزء صغير من الوقود.

انظر أيضاً

مراجع

  1. "الوقود البديل النظيف: الغاز الطبيعي المضغوط" (ملف PDF) . وكالة حماية البيئة الأمريكية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 11 فبراير 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يناير 2013 .
  2. "غاز البترول المسال والغاز الطبيعي" . السيارة الخضراء التالية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يناير 2013 .
  3. غاز البترول المسال (LPG)
  4. "BMW EfficientDynamics : BMW CleanEnergy : BMW AG" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-09-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-07-2016 .  
  5. "بي إم دبليو: استراتيجية الهيدروجين والطاقة النظيفة" . Carlist.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 أغسطس 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يناير 2013 .
  6. "استخدام الهيدروجين في محركات الاحتراق الداخلي" (ملف PDF) . كلية الصحراء. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 3 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يناير 2013 .