كيف تحافظ الدراجة التي تعمل بالهيدروجين على عمر بطاريتها؟

السر وراء النطاق الموسع من الدراجات التي تعمل بالهيدروجين تكمن أهميتها في قدرتها على تجاوز قيود كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم التقليدية باستخدام الهيدروجين، وهو ناقل خفيف الوزن وعالي الكثافة في الطاقة. ولا يقتصر نطاقها على مكون واحد، بل على التشغيل التآزري لنظام طاقة الهيدروجين بأكمله، بما في ذلك تخزين الهيدروجين، وتحويل الطاقة الكهربائية، والإدارة الذكية للطاقة.

يعتمد هذا النظام على بنية "طاقة هجينة". فبدلاً من حرق الهيدروجين مباشرةً، يستخدم "مولّدًا" صامتًا - خلية وقود الهيدروجين - لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بكفاءة. وتكمن الخطوة الأولى والأكثر ثورية نحو تحقيق مدى طويل في تخزين الهيدروجين. تستخدم التقنية السائدة حاليًا خزانات هيدروجين عالية الضغط، مصنوعة من مركبات ألياف الكربون، تجمع بين خفة الوزن والمتانة الاستثنائية، وتتحمل بأمان ضغوطًا تتراوح بين 25 و30 ميجا باسكال. هذا يعني أن خزان هيدروجين يزن كيلوغرامًا أو كيلوغرامين فقط يمكنه تخزين طاقة كيميائية تفوق بكثير طاقة بطارية ليثيوم متطورة بنفس الوزن. هذا هو الأساس الفيزيائي الأساسي للدراجات الهوائية التي تعمل بالهيدروجين ذات المدى الطويل، حيث يحل بشكل جذري مشكلة زيادة وزن البطارية خطيًا مع المدى. عندما تبدأ الدراجة في الحركة، يمر الهيدروجين عالي الضغط من الخزان أولًا عبر منظم ضغط، ليضبطه على الضغط الأمثل الذي تتطلبه مجموعة خلايا الوقود. بعد ذلك يدخل الهيدروجين إلى القطب الموجب لخلية الوقود، حيث يتحلل إلى بروتونات وإلكترونات تحت تأثير محفز.

تمر البروتونات عبر غشاء تبادل البروتونات لتصل إلى المهبط، بينما تُجبر الإلكترونات على التدفق عبر دائرة خارجية، مولدةً تيارًا كهربائيًا يُشغّل المحرك. عند المهبط، تتحد البروتونات والإلكترونات والأكسجين من الهواء لتكوين الناتج الثانوي الوحيد - بخار الماء. يُحدد مدى الحركة مباشرةً بكمية الهيدروجين المخزنة في الخزان وكفاءة توليد الطاقة في خلية الوقود. ومع ذلك، تتميز خلايا وقود الهيدروجين بتوفير طاقة ثابتة، لكنها تستجيب ببطء نسبيًا للطلبات المفاجئة العالية للطاقة. ولمعالجة هذا، تُجهّز الدراجات التي تعمل بالهيدروجين عادةً ببطارية ليثيوم عازلة صغيرة أو مكثف فائق. لا تُسيطر هذه البطارية المساعدة على مدى الحركة، بل تعمل بمثابة "معزز للطاقة" و"عازل للطاقة": أثناء القيادة الثابتة، تُشحن بواسطة خلية الوقود؛ وعند الحاجة إلى التسارع، تعمل جنبًا إلى جنب مع خلية الوقود لتلبية ذروة الطلب على الطاقة. لا تقتصر استراتيجية إدارة الطاقة الهجينة الذكية هذه على حماية خلية الوقود وإطالة عمرها فحسب، بل تضمن أيضًا توصيلًا سلسًا للطاقة - وهو عامل أساسي في تقديم تجربة قيادة مُرضية في الواقع.

أثناء القيادة المتواصلة، تُشغّل الكهرباء المُولّدة من خلية الوقود المُحرّك وتُعيد شحن هذه البطارية الصغيرة في آنٍ واحد. وعندما يُسرّع الراكب، تُزوّد ​​كلٌّ من خلية الوقود وبطارية التخزين المؤقت بالطاقة معًا لتلبية ذروة الطلب. يحمي هذا النهج الذكي لإدارة الطاقة الهجينة خلية الوقود من الإجهاد المفاجئ، ويُطيل عمرها، ويضمن أداءً سلسًا في القيادة - وهو الأساس الحقيقي لمدى قيادة موثوق في العالم الحقيقي. في نهاية المطاف، يُعزى المدى الشامل للدراجة التي تعمل بالهيدروجين إلى التفاعل بين سعة خزان الهيدروجين (التي تُقاس عادةً بالجرام)، وكفاءة نظام خلية الوقود، وظروف القيادة. في ظل ظروف التشغيل المثالية، يُمكن للنماذج التجارية الحالية قطع أكثر من 50 كيلومترًا باستخدام حوالي 20 جرامًا فقط من الهيدروجين. ويُعدّ التزود بالوقود أكثر فائدة: فعندما ينفد الهيدروجين، لا يحتاج الراكب إلى الانتظار لساعات لإعادة الشحن - بل يُمكنه ببساطة استبدال خزان الهيدروجين الفارغ في ثوانٍ معدودة، وإعادة شحن الدراجة فورًا لمواصلة الاستخدام، تمامًا مثل تزويد سيارة بنزين تقليدية بالوقود.

تجعل هذه القدرة السريعة على التزود بالوقود الدراجات التي تعمل بالهيدروجين واعدة بشكل خاص للتطبيقات عالية التردد مثل خدمات التنقل المشتركة وخدمات التوصيل اللوجستي. باختصار، إن مدى الدراجة التي تعمل بالهيدروجين هو ثمرة جهد هندسي متطور. فهي تستفيد من تقنية تخزين الهيدروجين عالي الضغط لتجاوز حدود سعة الطاقة، وتعتمد على مبادئ كهروكيميائية فعّالة لتحويل الطاقة، وتُحسّن إنتاج الطاقة من خلال بنية "الطاقة الهجينة". هذا لا يوفر مدى أطول فحسب، بل يُقدم أيضًا نموذجًا سريعًا ومريحًا لتجديد الطاقة، مما يُقدم حلاً جديدًا لمشكلة المدى التي طالما عانت منها أنظمة التنقل الحضري الصديقة للبيئة.