هیدروژن و سوخت‌های مصنوعی: کدام وعده تا سال 2030 به واقعیت تبدیل می‌شود؟

تا سال ۲۰۳۰ خودروهای هیدروژنی به خودروهای باتری‌ای می‌بازند؛ شانس واقعی سوخت‌های مصنوعی نیز در کامیون، کشتی و هواپیما نهفته است.
تا سال ۲۰۳۰ خودروهای هیدروژنی به خودروهای باتری‌ای می‌بازند؛ شانس واقعی سوخت‌های مصنوعی نیز در کامیون، کشتی و هواپیما نهفته است.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

اگر به سال 2030 نگاه کنیم، خودروهای هیدروژنی احتمالاً شانسی در برابر خودروهای برقی باتری‌دار نخواهند داشت؛ سوخت‌های مصنوعی اما نه در خودروها، بلکه ممکن است در کامیون، کشتی و هواپیما نقشی واقعی ایفا کنند. چرا؟ چون پشت هر دوی них واقعیت سخت فیزیک و اقتصاد قرار دارد: هیدروژن تنها 40 تا 60 درصد انرژی ورودی را به توان قابل استفاده تبدیل می‌کند، در حالی که e-fuel هنگام استفاده در خودرو حدود 5 برابر انرژی بیشتری نسبت به خودروی باتری‌دار می‌خواهد. اما نگران نباش، ماجرا اینجا تمام نمی‌شود - بیا با هم وعده‌ها را از واقعیت‌ها جدا کنیم.

نکات برجسته

  • بازده خودروی پیل سوختی 40 تا 60 درصد، در باتری لیتیوم-یونی بیش از 90 درصد
  • تأسیسات Haru Oni پورشه در شیلی به جای 55 میلیون لیتر وعده داده شده، همچنان سالانه حدود 34,000 گالن تولید می‌کند
  • در کالیفرنیا در سه‌ماهه سوم سال 2023 66 ایستگاه سوخت‌گیری، 34,800 خودروی پیل سوختی را سرویس می‌دادند
  • هدف وزارت انرژی آمریکا برای پیل سوختی تجاری سنگین در سال 2030 80 دلار بر کیلووات و 25,000 ساعت عمر مفید است
  • طبق مدل MIT CEEPR، امیدوارکننده‌ترین حوزه‌ها کامیون‌های مسافت طولانی، حمل و نقل دریایی کوتاه‌برد و هوانوردی هستند

بازدهی انرژی: در هر مرحله کمی بیشتر از دست می‌دهیم

حالا بگذار قلب ماجرا را برایت بگویم. روشی که به آن از چاه تا چرخ (well-to-wheel) می‌گویند، می‌سنجد چه مقدار از انرژی در تمام سفر از منبع تا چرخ خودرو زنده می‌ماند. این را مثل یک کیسه شنی در نظر بگیر: هر بار که دست عوض می‌کنی، کمی شن می‌ریزد. مشکلات هیدروژن و e-fuel دقیقاً از همین‌جا شروع می‌شود.

در خودروی پیل سوختی ابتدا برق را به هیدروژن تبدیل می‌کنی، سپس آن هیدروژن را در مخازن پرفشار فشرده و حمل می‌کنی و بعد در پیل سوختی دوباره به برق تبدیل می‌کنی. در هر مرحله اتلافی وجود دارد. نتیجه؟ در بهترین حالت 60 درصد انرژی ورودی به چرخ‌ها می‌رسد؛ در محاسبه کل در مقیاس اتوبوس این رقم به 60 تا 70 درصد کاهش می‌یابد. اما در خودروی برقی باتری‌دار، برق مستقیماً به موتور می‌رود: بازدهی کل در مقیاس اتوبوس 85 تا 90 درصد و در سطح سلول، باتری‌های لیتیوم-یونی از 90 درصد فراتر می‌روند.

فناوری بازدهی اطلاعات
پیل سوختی (FCEV) 40 تا 60 درصد بخشی از انرژی ورودی که به توان قابل استفاده تبدیل می‌شود
باتری لیتیوم-یونی بیش از 90 درصد تبدیل انرژی در سطح سلول
اتوبوس برقی (well-to-wheel) 85 تا 90 درصد در طول کل زنجیره انرژی
اتوبوس هیدروژنی (well-to-wheel) 60 تا 70 درصد در طول کل زنجیره انرژی
E-fuel (در خودرو) تا حدود 1/5 حدود 5 برابر انرژی بیشتری نسبت به خودروی برقی نیاز دارد

وضعیت e-fuel بی‌رحم‌تر است. ایده اصلی قشنگ است: برق را به هیدروژن تبدیل می‌کنی، با کربن ترکیب می‌کنی و سوخت مایع تولید می‌کنی، دی‌اکسید کربن خروجی از اگزوز خودرو وارد چرخه می‌شود و کربن جدیدی اضافه نمی‌شود. اما ریاضیات انرژی بی‌رحم است - تولید e-fuel در بهترین حالت می‌تواند انرژی حمل شده توسط برق را تا نصف به سوخت مایع تبدیل کند. اگر این سوخت را در یک خودروی درون‌سوز بسوزانی، برای طی همان مسافت خودروی باتری‌دار به طور تقریبی 5 برابر برق هدر می‌دهی. یک تشبیه ساده: مثل این است که یک کیک را به پنج نفر تقسیم کنی و بعد سه چهارم سینی را در سطل زباله بریزی.

چرا خودروهای هیدروژنی جا نیفتادند؟

سوال دقیقاً همین است که در ذهن همه‌ی ماست؟ این فناوری واقعاً جذاب است: از اگزوز فقط آب خارج می‌شود و سوخت‌گیری چند دقیقه طول می‌کشد. پس چرا آن‌ها را در جاده‌ها می‌بینیم اما نه با تعدادشان، بلکه به‌عنوان استثنا؟

برچسب قیمت: 2.5 تا 3 برابر

خودروهای پیل سوختی از معادل‌های دیزلی خود 2.5 تا 3 برابر گران‌ترند. می‌توانیم فلزات گروه پلاتین را به‌عنوان مقصر اصلی معرفی کنیم: این فلزات کاتالیزوری هم گران‌اند و هم قیمت‌شان نوسان دارد. برای کاهش هزینه باید به آستانه تولید 200,000 دستگاه رسید؛ در حالی که حجم تولید امروز بسیار پایین‌تر از این آستانه است. یعنی برای هزینه پایین، تولید بالا لازم است، برای تولید بالا تقاضا، و برای تقاضا هزینه پایین. چرخه کلاسیک مرغ و تخم‌مرغ.

زیرساخت: کجاست چیزی شبیه پمپ بنزین؟

کالیفرنیا یکی از بالغ‌ترین بازارهای هیدروژن جهان به شمار می‌رود. با این حال، در سه‌ماهه سوم سال 2023 در این ایالت 66 ایستگاه سوخت‌گیری خرده‌فروشی وجود داشت که از این تعداد، 54 ایستگاه تنها با 60 درصد ظرفیت کار می‌کردند؛ این شبکه 34,800 خودرو را پوشش می‌داد. سمت باتری را در نظر بگیر: شبکه شارژ با پریزهایی که می‌توان در خانه نصب کرد آغاز می‌شود. زیرساخت هیدروژن اما در مقایسه با شبکه‌های شارژ باتری، هم کندتر و هم پرهزینه‌تر گسترش می‌یابد. تا وقتی زیرساخت محدود است، خودرو فروخته نمی‌شود و تا وقتی خودرو فروخته نمی‌شود، ایستگاهی افتتاح نمی‌شود - این چرخه خودش را تغذیه می‌کند.

پس چرا پیش‌بینی‌های بازار چنین بی‌کران‌اند؟ میان پیش‌بینی‌های مؤسسات مختلف فاصله‌هایی در حد ده برابر وجود دارد: یکی بازاری را که در 2026 3.6 میلیارد دلار است، در 2035 به 133.93 میلیارد دلار می‌رساند و دیگری همان سال را از 0.45 میلیارد دلار آغاز کرده و در 2034 به 10.78 میلیارد دلار ختم می‌کند. نرخ رشد سالانه این دو پیش‌بینی تقریباً یکسان است (بالای 48 درصد) اما از همان ابتدا هیچ نسبتی به هم ندارند. چنین جدول پراکنده‌ای، همان‌قدر که درباره خود فناوری حرف دارد، درباره آینده‌اش هم چیزی می‌گوید: هیچ‌کس مطمئن نیست.

و پاسخ روشن به آن سوال معروف: خودروهای باتری امروز از نمونه‌های هیدروژنی ارزان‌ترند و به زیرساخت جدید کمتری نیاز دارند. حتی برخی گروه‌ها هم فراتر می‌روند و می‌گویند: هیدروژن در خودروهای سواری شکست خورد و به نظر نمی‌رسد در کامیون‌ها هم توان چندانی داشته باشد. این جمله آخر زیادی تند است؟ شاید. اما امتیازی که هیدروژن در مسابقه خودروها کسب کرده، آشکار است.

E-Fuel: شانسی پر از حیات برای موتورهای کلاسیک

سمت E-Fuel درام جداگانه‌ای دارد. این ایده از نظر احساسی بسیار جذاب است - حفظ موتور احتراق داخلی، صدایش و آن صدای vroom. محاسبات طرف مقابل هم بی‌پایه نیست: اثر کربنی سوخت‌های الکتریکی در طول چرخه تولید می‌تواند حداقل 70 درصد کمتر از نفت باشد و E-Fuel مثل محصولات نفتی با زیرساخت موجود حمل و ذخیره می‌شود. یعنی نیازی نیست به جایگاه‌های سوخت، خطوط لوله و تانکرها دست بزنی.

اما وقتی کار به مقیاس خودرو می‌رسد، سه مانع جدی سر راهمان ظاهر می‌شود:

  • اتلاف انرژی: همان مسئله 5 برابری که بالا توضیح دادم - برقی که برای هر لیتر E-Fuel مصرف می‌شود، تنها به یک‌پنجم مسافتی می‌ارزد که با خودروی برقی می‌شد پیمود.
  • آلودگی هوا ادامه دارد: اگرچه e-fuel از نظر کربن چرخه‌ای است، خودروهای کاربر e-fuel به اندازه موتورهای سوخت فسیلی اکسید نیتروژن سمی (NOx) منتشر می‌کنند. یعنی از نظر هوای شهر، سود تقریباً صفر است.
  • مسیر کاهش هزینه نامشخص است: تولید گران و انرژی‌بر است؛ مسیر روشنی وجود ندارد که اقتصاد مقیاس آن را به سطح سوخت خودرو برساند.

یک نکته فنی جالب هم بگویم: مرحله سنتز زنجیره در واقع نسبتاً ارزان است. مصرف انرژی برای هر کیلوگرم سوختی که درون کارخانه سنتز می‌شود حدود 0.50 کیلووات‌ساعت است. یعنی گلوگاه، سنتز نیست، بلکه برق سبز ارزان و فراوانی است که این سنتز را تغذیه کند. و درست همین‌جاست که اعتراض «برق بلااستفاده کافی وجود ندارد» وارد می‌شود - حجم برق اضافی که برای راه‌اندازی یک ناوگان خودرو با e-fuel باید تولید شود، به هیچ وجه قابل باور نیست.

پورشه و Haru Oni: شکاف میان وعده و تولید

Haru Oni pilot tesisinin yıllık 130.000 litrelik üretimi, 55 milyon litrelik hedefle arasındaki uçurumu gözler önüne seriyor.

اعداد انتزاعی را کنار بگذاریم و به یک مثال مشخص نگاه کنیم. تأسیسات Haru Oni در شهر پونتا آرناس شیلی که در دسامبر 2022 افتتاح شد، به عنوان نخستین تأسیسات تجاری یکپارچه و کربن‌خنثی e-fuel جهان معرفی شد. این پروژه که با پیشگامی Siemens Energy و پورشه و HIF و مشارکت Enel، ExxonMobil، Gasco و ENAP همراه بود، باد پاتاگونیا را به سوخت تبدیل می‌کرد. اعلام بزرگ بود: پورشه تا سال 2026 میزان 55 میلیون لیتر و دو سال پس از آن انتظار تولید 10 برابر آن را به‌صراحت مطرح کرد.

واقعیت این است: تأسیسات هنوز در همان مقیاس روز افتتاح، یک مجموعه آزمایشی با تولید سالانه حدود 34,000 گالن آمریکا (130,000 لیتر) است. فاصله میان هدف 55 میلیون لیتری و واقعیت روزانه 130 هزار لیتری، فاصله میان وعده اعلام‌شده و تولید فیزیکی را آشکار می‌کند. اشکالی ندارد که تأسیسات آزمایشی است - هر فناوری از کوچک آغاز می‌کند - اما نباید اعداد به شکل اغراق‌آمیز ارائه شوند.

با این حال، تحولات مثبتی در اطراف تأسیسات وجود دارد: HIF برای سال‌های 2025 و 2026 گواهی ISCC EU RFNBO دارد؛ e-fuel‌های تولیدی تأسیسات از سه سال پیش در Porsche Mobil 1 Supercup در اروپا استفاده می‌شوند؛ توافق تأمین با پورشه و شل امضا شده است. همچنین نکته قابل توجه: پورشه e-fuel را برای نگه داشتن خودروهای کلاسیک خود روی جاده در نظر گرفته، نه به عنوان رقیب EV. یعنی حتی پورشه هم این را نه به عنوان راه‌حل ناوگان خودرو، بلکه به عنوان یک سوخت گذارِ niche موقعیت‌دهی می‌کند - و اینکه تنها خریدارش خودش باشد هم تصادفی نیست.

چرا تویوتا و هیوندای هنوز اصرار دارند؟

تویوتا با Mirai سال 2026 همچنان با پیل سوختی ادامه می‌دهد و هیدروژن را سوختی مهم برای کربن‌خنثی موقعیت‌دهی می‌کند. در فوریه 2025 سیستم نسل سوم پیل سوختی را معرفی کرد و نقشه راه پایل PEM (ماژولی که می‌توان آن را قلب پیل سوختی دانست) را به اشتراک گذاشت. هیوندای نیز با برنامه HTwo سیستم پیل سوختی متمرکز بر خودروهای سنگین را تسریع می‌کند؛ NEXO به نسل سوم رسیده و بر کارکرد زیرساخت در کره تأکید می‌شود. حتی در مارس 2026 بی‌ام‌و، هیوندای و هوندا از استرالیا خواستند هیدروژن را به استراتژی EV خود بگنجاند.

اما باید این سوال را پرسید: آیا این برندها نمی‌دانند که در بخش خودرو مقیاس‌پذیری ممکن نیست؟ به نظر من می‌دانند. اگر به کانون واقعی استراتژی‌ها نگاه کنید، پاسخ آنجاست: کاربردهای سنگین تجاری. تعریف تویوتا از هیدروژن به عنوان «سوختی مهم برای کربن خنثی»، همان معنای «آینده خودروها هیدروژن است» را ندارد. خودروی سواری می‌تواند ویترین هیدروژن باشد، اما کار اصلی در گاراژهای کامیون‌ها خواهد بود.

در سال 2030 چه کسی سرپا می‌ماند: خودرو، کامیون یا کشتی؟

اینجا دقیقاً قلب مقاله است. مدل پویای هزینه‌ی MIT CEEPR شاخه‌های حمل‌ونقل پرانرژی را یکی‌یکی بررسی می‌کند و این را می‌گوید: امیدوارکننده‌ترین مسیرها برای حمل‌ونقل جاده‌ای باری مسافت طولانی هیدروژن الکتریکی و سوخت الکتریکی (eFuel) برای حمل‌ونقل دریایی کوتاه‌برد هیدروژن الکتریکی، سوخت الکتریکی و آمونیاک الکتریکی و برای هوانوردی هیدروژن الکتریکی است. منطق ساده است: تقریباً تمام سفرهای خودروی سواری زیر 100 کیلومتر است و باتری برای آن کافی است. اما برای یک هواپیمای بین‌قاره‌ای یا کامیونی 40 تنی، وزن باتری و زمان شارژ فاجعه‌بار خواهد بود. حمل انرژی به شکل مایع و متراکم در آنجا به یک مزیت تبدیل می‌شود.

در بلندمدت نیز در باز است: برای سوخت‌های تجدیدپذیر پتانسیل کاهش هزینه تا سال 2050 برابر 41 تا 68 درصد محاسبه شده و اعلام می‌شود که دستیابی به کربن خنثی تا سال 2050 در کامیون، کشتی و هوانوردی با جایگزینی سوخت‌های فسیلی ممکن به نظر می‌رسد. در حمل‌ونقل دریایی، سوخت‌های مصنوعی به عنوان «راه‌حل فناورانه» برای دستیابی به اهداف صفر بودن انتشار، جایگاه‌یابی می‌شوند؛ پتانسیل واقعی هیدروژن سبز اما در sectorsهای با دشوارترین کربن‌زدایی است - که هوانوردی مسافت طولانی پیشتاز است.

کافی است یا نه؟ آنچه اعداد می‌گویند

البته همه چیز گل و بلبل نیست. حتی در بخش وسایل سنگین هم تردیدها وجود دارد - این نظر که 'هیدروژن در کامیون‌ها هم شکست خواهد خورد' در محافل منتقد به‌طور جدی مطرح می‌شود. و اهداف دوام وحشتناک هستند: انتظار می‌رود وزارت انرژی آمریکا در سال 2023 از نقطه 170 دلار بر کیلووات و 10.000 ساعت تا سال 2030 به 80 دلار بر کیلووات و 25.000 ساعت و در نهایت به 60 دلار بر کیلووات و 30.000 ساعت برسد. کامیون‌ها دوام 25.000 ساعت و کشتی‌ها دوام 100.000 ساعت را می‌طلبند و استک‌های فعلی زیر این اهداف هستند. برای برابری هزینه سوخت نیز در یک سلول معمولی با بازده 45 درصد، هیدروژن باید به 7,50 دلار بر کیلوگرم برسد - انتظار نمی‌رود این تا سال 2030 محقق شود (برخی سلول‌های جدید با بازده 60 درصد که به برابری دست یافته‌اند وجود دارند، اما این هنوز استثنا است نه قاعده). از سوی دیگر، آمریکا راهبرد افزایش تولید هیدروژن تمیز به 10 میلیون تن متریک در سال تا 2030 و به 50 میلیون تن متریک تا 2050 و کاهش هزینه به 1 دلار بر کیلوگرم را در دست اجرا دارد؛ اعتبار مالیاتی تا سقف 3 دلار به ازای هر کیلوگرم در چارچوب قانون IRA مصوب 2022 نیز در کار است. یعنی دولت‌ها این موضوع را جدی می‌گیرند.

طبق برگه آزمون من، نتیجه این است: در سال 2030 برنده خودروها باتری است. وعده هیدروژن و ای‌فیول در خودرو عمدتاً به دیوار فیزیک و اقتصاد می‌خورد. اما در کامیون، کشتی و هواپیما این دو فناوری شانس واقعی دارند - چون در آنجا بدیل‌ها هم ضعیف هستند. سوال این است: آیا این بازارهای niche می‌توانند آن‌قدر بزرگ شوند که ناکامی دنیای خودرو را جبران کنند؟ به نظر من سال 2030 این را به ما خواهد گفت. تو چه فکر می‌کنی - برای دیدن کامیون هیدروژنی آماده‌ای؟

منابع