چشم‌انداز استفاده از موتورهای هوای فشرده در صنعت خودروسازی

فرهاد یزدی-استفاده از هوای فشرده به عنوان منبع انرژی، قدمتی بيش از يک قرن دارد. در دهة 1880، سيستم قطار شهری (تراموا) نيويورک با بهره‌گيری از اولين مدل موتور هوای فشرده جهان (که سيستم مِکارسکی ناميده می‌شد) ساخته شد. در حال حال حاضر، حدود 10% از انرژی مصرفی جهان به صورت هوای فشرده توليد و مصرف می شود.  اهميت هوای فشرده به حدی است که توليد کنندگان آن را به عنوان شرکتهای خدماتی نوع چهارم (بعد از برق، آب و گاز) برشمرده‌اند.

در اين مقاله، که در دو قسمت تهيه شده است، قابليتهای موتورهای هوای فشرده و سيستمهای ذخيره‌سازی کوچک مقيای هوای فشرده بررسی شده و پتانسيل آنها به عنوان "فرصتی مهم برای سرمايه گذاری و پيشرفت ملی" بررسی شده است. اميد است تا تصميم‌گيرندگان حوزه‌های اقتصاد، انرژی و صنعت کشور، از اين فرصت تاريخی برای بهبود رشد اقتصادی کشور، بهره‌برداری نمايند.

بررسی وضعيت فعلی موتوهای هوای فشرده در صنعت حمل و نقل
موتورهای هوای فشرده، موتورهايي با ساختار ساده، ايمن، با قابليت اطمينان بالا و ارزان هستند. اولين خودروی با موتور هوای فشرده، در دهة 1990 و توسط مخترع فرانسوی با نام Guy Negre ، که بنيانگذار شرکت معروف Moteur Developpment International (MDI) در کشور لوگزامبورگ است، ساخته شد. به جز اين شرکت، شرکتهای مهم و مستقل ديگر به نامهای Energine ، Energine Air ، K’Airmobiles ، Quasiturbine، Regusci ، Team Psycho-Active  و ... نيز در همين حوزه مشغول فعاليت می‌باشند.

يکی از مهمترين مزايای موتورهای هوای فشرده، سادگی آنهاست؛ بگونه‌ای که برخلاف موتورهای احتراق داخلی، توليد آنها با امکانات و تجهيزات اندکی ميسّر می‌شود. همين امر، مهمترين چالش پيش روی صنعت نوپای موتورهای هوای فشرده نيز محسوب می شود؛ زيرا سادگی بيش از حد اين موتورها ممکن است باعث خارج شدن تعداد زيادی از غولهای خودردوسازی جهان از گردونة رقابت شود. به همين دليل، شرکتهای بزرگ خودروسازی سعی میکنند تا حتی‌الامکان تجاری شدن چنيين خودروهايي را به تعويض بياندازند (البته در سال 2015، درز يک خبر از شرکت خودروسازی پژوه مشخص نمود که شرکتهای خوروسازی بزرگ جهان نيز مشغول تحقيق و توسعه در اين حوزه هستند، ليکن تحقيقات خود را تحت عناوين کلی نظير Hybrid-Electric طبقه بندی نموده‌اند تا حداقل در ظاهر، از اهميت اين موتورها بکاهند).

با استناد به آنچه در سايت شرکت  Zero Pollution Motors ذکر شده است، به نظر می‌رسد که  اولين خودروی با موتور هوای فشرده توسط اين شرکت و در سال 2017 تحويل مشتری شود. اين شرکت پيشرو، هم اکنون در حال ثبت نام مشتريان از طريق وب سايت رسمی خود است.

يکی از نقاط اشتراک شرکتهای توليد کنندة موتورهای هوای فشرده آن است که همگی معتقدند هوای فشرده، انرژی غالب عصر آينده خواهد بود. برای مثال، در وب سايت شرکت خودرو سازی Zero Pollution Motors چنين آمده است :
"در حال حاضر مسجل شده است که بنزين سوخت عصر آتی بشر نيست. تحقيقات بر روی آنکه سوخت عصر آتی چه خواهد بود در جريان است. ليکن شرکت Zero Pollution Motors پيش بينی می‌کند که اين سوخت، هوای فشرده خواهد بود."

يکی از مهمترين پيشرفتها در حوزة موتورهای فشرده، در اواسط سال جاری اتفاق افتاد. آنجلو دی پيترو، مدير عامل و مدير تحقيقات شرکت Energine Air در استراليا، از تکنولوژی جديدی برای توليد موتورهای هوای فشرده پرده‌برداری کرد که نيروی گردشی آن به طور مستقيم و با چرخش پيستون در سيلندر توليد می شود؛ بگونه ای که بازده موتور به بيش از 90% (شرکت Energine Air بازده دقيق موتور را 94.5 % عنوان نموده است) افزايش يافته است.
به طور خلاصه، مهمترين مزايای استفاده از موتورهای هوای فشرده را می‌توان به شرح زير نام برد:
1-    به لحاظ مکانيکی بسيار ساده بوده و صنايع ساخت موتور، ميكروتوربين و خودرو را دچار تحول عظيمی خواهند نمود.
2-    ميزان بازده حاصل شده در آنها تا بيش از 90% گزارش شده است.
3-    بسيار سبک بوده (از جنس آلومينيوم) و اضافه وزن ناشی از محفظة مورد نياز ذخيره سازی هوای فشرده را جبران می‌کنند. البته در برخی مفاهيم جديد ارائه شده در خصوص "خودروهای خوداتکا"، هوای فشرده در خود خودرو توليد شده  (با بالانس توليد و مصرف هوای فشرده) و ديگر نياز به ذخيره سازی آن نخواهد بود.
4-    منجر به حذف سيستمهای تهوية مطبوع، سرمايش موتور، شمع و استارتر، تعليق و صدا‌گير در خودروها می‌شود. اين امر، علاوه بر کاهش قيمت خودرو و بهبود کيفيّت سيستم تهويه مطبوع، موجب کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نيز می‌شود. بويژه در نقاط گرمسير، به دليل استفاده مستقيم از سرمايش حاصله از منبسط شدن هوای فشرده، راندمان خودرو بهبود قابل توجهی خواهد يافت. از طرف ديگر، با استفاده از تکنولوژيهای بسيار ارزان قيمت، می‌توان در خودروها يخ توليد نمود (بدون استفاده از يخچال).
5-    هزينة تعمير و نگهداری و قيمت خودروها به شدت کاهش می‌يابد.
6-    ميزان انرژی قابل احياء در حين ترمزها، بسيار بالا و تا حدود 60% گزارش شده است. بعلاوه، سيستم احيای انرژی ترمزی در اين خودروها بسيار ساده و ارزان قيمت است. بويژه در اتوبوسها و ساير وسايط حمل و نقل عمومی، که تعداد توقفها بسيار بالاست، می‌توان با پياده‌سازی اين سيستمهای احيای انرژی ترمز، بازده استفاده از سوخت را افزايش چشمگيری داد. بدين ترتيب، بازدهی بخش حمل و نقل عمومی افزايش قابل توجهی يافته و به کاهش آلودگی کلانشهرها کمک شايانی خواهد شد.
7-    با توجه به احتراقی نبودن موتور و ساختار مکانيکی بسيار سادة آن، انرژی تنها در هنگام فشردن پدال گاز توليد شده و لذا خودروهای با سوختی هوای فشرده درترافيکها و توقفهای متعدد پشت چراغ راهنمايي انرژی مصرف نمی‌کند.
8-    بر خلاف تصور، کاهش وزن خودروهای هوای فشرده منجر به افزايش ايمنی آنها می‌شود.

يکی از نکاتی که ممکن است به صورت غير مستقيم اهميت موتورهای هوای فشرده و خودروهای مبتنی بر آن را نشان دهد، سرمايه‌گذاری گستردة کشور هند در اين حوزه است. کشور هند، کشوری "خرد محور" است که در آن لابی‌گری محملی برای تأثيرگذاری بر سياستهای بلند مدت ندارد. لذا، سرمايه‌گذاری گسترده کشور هند در زمينه ساخت موتور و خودروهای هوای فشرده را می‌توان به عنوان يک نشانه از اهميّت قابل توجه موضوع در نظر گرفت.

البته کشور هند دارای ويژگيهايي خاصی هم است که استفاده از موتورهای هوای فشرده و خودروهای مبتنی بر آن را برای اين کشور بسيار جذاب نموده است. جمعيت بالای هند، فقر عمومی و استقبال عمومی از خورروهای ارزان قيمت، ترافيک بسيار زياد خيابانها و مقررات وضع شده در خصوص محدوديت سرعت در بيشتر آنها، ارزانی و منطبق بودن خودروهای هوای فشرده با مقررات زيست محيطی، منطبق بودن هوای گرم کشور هند با ويژگي توليد فرآيندي هواي خنك در موتورهای هوای فشرده و سياستهای هند در توسعة سريع انرژيهای تجديد پذير  از جملة اين ويژگيها می‌باشند.

توسعة خودروهای هوای فشرده، نيازمند زيرساختی مطمئن برای تأمين هوای فشرده است. به عبارت ديگر، بايد شريان تآمين سوخت موتورهای هوای فشرده، گسترده و ارزان باشد. در قسمت دوم مقاله، بحث ذخيره‌سازی هوای فشرده و فرصتهای شغلی حاصله از آن برای ايجاد جايگاههای عرضه هوای فشرده، که ورودی آنها انرژيهای تجديد پذير بوده و موجب حذف زيرساختهای پر هزينه ‌و آسيب‌پذيری چون لوله‌ها و تانکرهای انتقال سوخت می‌شوند، مطرح خواهد شد.