سازمان حمل و نقل و محیط زیست اروپا که خود را به عنوان یکی از پیشروترین سازمان‌های غیر دولتی در اروپا برای حمل و نقل پاک معرفی می‌کند، مقایسه گرافیکی جالبی از کارایی انرژی سه نوع پیشرانه (از تولید تا استفاده) منتشر کرده است: خودروهای تمام برقی (BEVs)، خودروهای پیل سوختی هیدروژنی (FCEVs) و موتورهای احتراق داخلی (ICEs). نتایج مقایسه بازدهی خودروهای مذکور در شکل زیر نشان داده شده‌اند که بازدهی کلی 73 درصد برای BEVها، 22 درصد برای FCEVها و 13 درصد برای ICEها را نشان می‌دهد.
در این مقایسه بازدهی خودروهای برقی، هیدروژنی و احتراق داخلی، فرض شده است که برق تجدیدپذیر هم برای شارژ BEVها و هم برای تولید هیدروژن (یا سوخت برای ICEها) مورد استفاده قرار گیرد. لازم به ذکر است که فرض تامین برق مورد نیاز BEVها از منابع کاملا تجدیدپذیر، فرضی دور از واقعیت است، چرا که امکان تامین پایدار و قابل اتکای برق تجدیدپذیر بدون راهکارهای مناسب ذخیره وجود ندارد. به هر حال، هنوز هم دشوار است که خودروهای هیدروژنی FCEV را به عنوان بهترین گزینه محیط زیستی توصیف کنیم، زیرا در نهایت 78 درصد از انرژی خالص را هدر می‌دهند که سه برابر بیشتر از خودروهای برقی BEV با فرض فوق الذکر است.
برتری خودروهای تمام برقی در این سناریو واضح است، به طوری که به سرعت به عنوان راه‌حل نهایی برای جهان در حال ظهور است. بسیاری از کشورها اکنون به دنبال تاریخ‌های مشخصی برای توقف فروش خودروهای مسافربری با موتور احتراق داخلی هستند.
تغییر پارادایم در صنعت خودرو
صنعت خودروسازی شاهد یک تغییر پارادایم با ظهور خودروهای برقی (EVs) و معرفی خودروهای پیل سوختی هیدروژنی (FCEVs) است. با توجه به چالش‌های تغییرات اقلیمی، جستجوی راه‌حل‌های حمل و نقل پایدار هرگز به این اندازه حیاتی نبوده است. در ادامه، یک مقایسه جامع و بی‌طرف بین خودروهای برقی باتری (BEVs) و خودروهای پیل سوختی هیدروژنی (FCEVs) ارائه شده و به صورت جداگانه به بررسی بازدهی خودروهای برقی و هیدروژنی، زیرساخت، هزینه‌ها و تأثیرات پایداری آن‌ها پرداخته شده است.
مقایسه خودرو برقی و خودرو پیل سوختی از نظر منبع انرژی
یک خودرو برقی توسط الکتریسیته‌ای که در یک باتری ذخیره شده است تغذیه می‌شود. باتری با اتصال خودرو به یک پریز برق یا ایستگاه برق، شارژ می‌شود. سپس باتری قدرت را به یک موتور الکتریکی تأمین می‌کند که چرخ‌ها را به حرکت در می‌آورد و خودرو را پیش می‌برد.
از سوی دیگر، یک خودرو پیل سوختی از گاز هیدروژن به عنوان منبع اصلی سوخت خود استفاده می‌کند. گاز هیدروژن در مخازن onboard ذخیره می‌شود. در مجموعه پیل سوختی، هیدروژن با اکسیژن موجود در هوا ترکیب شده و از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی برق تولید می‌کند. این برق سپس یک موتور الکتریکی را تغذیه کرده و خودرو را به حرکت درمی‌آورد.
مقایسه خودرو برقی و خودرو پیل سوختی از نظر زیرساخت سوخت‌گیری/شارژ
خودروهای برقی نیاز به ایستگاه‌های شارژ دارند که می‌توانند در مکان‌های مختلفی از جمله خانه‌ها، محل‌های کار، ایستگاه‌های عمومی شارژ و مناطق تجاری یافت شوند. فرآیند شارژ معمولاً چند ساعت طول می‌کشد که بسته به سرعت شارژ و ظرفیت باتری خودرو متفاوت است.
خودروهای پیل سوختی به ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن نیاز دارند تا منبع سوخت خود را تجدید کنند. زیرساخت سوخت‌گیری هیدروژن نسبت به ایستگاه‌های شارژ الکتریکی کمتر رایج است که این موضوع دسترسی FCVها به گزینه‌های سوخت‌گیری را در برخی مناطق دشوارتر می‌کند.
مقایسه خودرو برقی و خودرو پیل سوختی از نظر دامنه حرکت
دامنه حرکت خودروهای برقی به طور مداوم با پیشرفت‌های فناوری باتری در حال بهبود است. خودروهای برقی مدرن بسته به مدل و نوع باتری استفاده شده، می‌توانند دامنه‌هایی بین 320 تا 480 کیلومتر یا بیشتر را با یک بار شارژ داشته باشند. تکنولوژی‌های جدید مانند باتری‌های لیتیوم-یونی و باتری‌های حالت جامد به این پیشرفت کمک کرده‌اند. علاوه بر این، سیستم‌های مدیریت انرژی پیشرفته در این خودروها بهینه‌سازی مصرف انرژی را ممکن می‌سازند و به رانندگان این امکان را می‌دهند که با مدیریت هوشمندتر، دامنه بیشتری را با یک بار شارژ طی کنند.
خودروهای پیل سوختی نیز دامنه قابل قبولی ارائه می‌دهند که معمولاً قابل مقایسه با یا کمی بهتر از خودروهای برقی است. دامنه FCVها می‌تواند بین 480 تا 640 کیلومتر با یک مخزن پر هیدروژن باشد. این ویژگی، FCVها را برای سفرهای طولانی‌تر جذاب می‌کند، زیرا زمان سوخت‌گیری آن‌ها بسیار کمتر از زمان شارژ خودروهای برقی است. با این حال، توسعه زیرساخت‌های سوخت‌گیری هیدروژن هنوز هم یکی از چالش‌های اصلی برای پذیرش گسترده این فناوری است.
مقایسه خودرو برقی و خودرو پیل سوختی از نظر تأثیرات محیط زیستی
خودروهای برقی هیچ‌گونه آلایندگی در محل خروجی تولید نمی‌کنند زیرا هیچ سوختی را مستقیماً نمی‌سوزانند. اما تأثیر محیط زیستی EVها به ترکیب تولید برق در منطقه‌ای که شارژ می‌شوند و همچنین به نحوه تولید باتری‌ها بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر برق از منابع تجدیدپذیر مانند باد یا خورشید تأمین شود، تأثیر مثبت‌تری بر محیط زیست خواهد داشت. همچنین، فرآیند استخراج و تولید مواد اولیه باتری‌ها (مانند لیتیم و کبالت) و همچنین مدیریت پسماند باتری‌ها نیز می‌تواند تأثیرات محیط زیستی قابل توجهی داشته باشد که باید مورد توجه قرار گیرد.
خودروهای پیل سوختی نیز هیچ‌گونه آلایندگی در محل خروجی ندارند زیرا تنها محصول جانبی تبدیل هیدروژن به برق بخار آب است. با این حال، تولید هیدروژن خود ممکن است شامل انتشار آلاینده‌ها باشد، بسته به روش مورد استفاده برای به دست آوردن هیدروژن. روش‌های متداول شامل ریفرم متان با بخار (SMR) و الکترولیز آب هستند. ریفرمینگ متان معمولاً کربن دی اکسید قابل توجهی منتشر می‌کند، در حالی که الکترولیز می‌تواند با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر انجام شود که در این صورت تأثیرات محیط زیستی آن به حداقل می‌رسد.
مقایسه خودرو برقی و خودرو پیل سوختی از نظر پذیرش و دسترسی در بازار
خودروهای برقی به طور گسترده‌تری نسبت به خودروهای پیل سوختی پذیرفته شده‌اند و انتخاب‌های بیشتری از مدل‌های مختلف از تولیدکنندگان مختلف در دسترس است. با افزایش آگاهی عمومی از مزایای EVها و توسعه زیرساخت‌های شارژ، تعداد فروش EVها به طور چشمگیری افزایش یافته است. دولت‌ها نیز با ارائه مشوق‌ها و یارانه‌ها به مصرف‌کنندگان، به ترویج خرید این نوع خودروها کمک کرده‌اند.
خودروهای پیل سوختی با پذیرش کندتری مواجه شده‌اند که دلیل آن شامل محدودیت‌های زیرساخت‌های سوخت‌گیری هیدروژن، هزینه‌های بالای تولید و چالش‌های تکنولوژیکی دیگر است. همچنین، عدم آگاهی عمومی درباره مزایای این نوع خودروها و تصور نادرست در مورد هزینه‌های عملیاتی آن‌ها نیز بر پذیرش آن‌ها تأثیر گذاشته است. برخی از کشورها مانند ژاپن و آلمان در تلاشند تا زیرساخت‌های لازم برای پشتیبانی از FCVها را توسعه دهند، اما هنوز راه زیادی برای رسیدن به سطح پذیرش مشابه EVها وجود دارد.
مقایسه کلی خودروهای برقی و خودروهای پیل سوختی
با توجه به مزایا و معایب هر دو نوع خودرو، انتخاب بین BEVها و FCEVها بستگی به نیازهای خاص مصرف‌کنندگان، شرایط محلی و پیشرفت‌های فناوری آینده دارد. هدف مشترک هر دو نوع خودرو کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و ایجاد آینده‌ای پایدارتر برای نسل‌های آینده است. هر دو نوع خودرو می‌توانند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و دستیابی به اهداف پایداری کمک کنند. انتخاب بین EV و FCV بستگی به نیازهای خاص مصرف‌کنندگان، شرایط محلی و همچنین پیشرفت‌های فناوری در آینده دارد. با توجه به روند کنونی، به نظر می‌رسد که خودروهای برقی باتری (BEV) در حال حاضر گزینه‌ای مناسب‌تر برای آینده پایدار حمل و نقل هستند، اما اگر چالش‌های مرتبط با تولید هیدروژن سبز و توسعه زیرساخت‌های سوخت‌گیری هیدروژن حل شود، ممکن است FCVها نیز جایگاه خود را در بازار پیدا کنند.
از منظر دامنه و قابلیت شارژ، هر دو نوع BEVها و FCEVها می‌توانند دامنه‌های بلندی را برای رانندگی معمولی ارائه دهند، اما شارژ سریع برای BEVها در حال حاضر بسیار در دسترس‌تر است. زیرساخت سوخت‌گیری هیدروژن بسیار عقب‌تر از ایستگاه‌های شارژ برقی قرار دارد، که این موضوع یک مانع بزرگ برای پذیرش FCEVها ایجاد می‌کند.
بازدهی خودروهای برقی در تبدیل انرژی بالاتر است و این خودروها بیش از 59 درصد از انرژی الکتریکی را به قدرت تبدیل می‌کنند، در حالی که این عدد برای FCEVها بین 25 تا 30 درصد است. روش‌های تولید هیدروژن سبز برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از FCEVها ضروری هستند، اما هنوز نسبت به BEVهایی که با انرژی تجدیدپذیر شارژ می‌شوند، توسعه نیافته‌اند؛ اگر چه امکان تامین و ذخیره‌سازی برق تجدیدپذیر در مقیاس‌های بالا همچنان چالش بزرگی به شمار می‌رود. به هر حال، در حالی که FCEVها با چالش‌هایی مواجه هستند، ممکن است در کاربرد‌هایی مانند حمل و نقل در مسیر های طولانی که مکمل EVهای مسافری کوچک‌تر هستند، نقش مهمی ایفا کنند.
