في هذه المدونة، سنستكشف لماذا من المتوقع أن تصبح المركبات الكهربائية محورية في المستقبل من منظور بيئي وتكنولوجي وسياسي.

مقارنة بين سيارات البنزين/الديزل والسيارات الكهربائية

شهدت الولايات المتحدة مؤخرًا حدثًا استثنائيًا تمثل في ارتفاع سعر سهم شركة "تسلا" لصناعة السيارات بنسبة تجاوزت 1,000%. تأسست الشركة على يد إيلون ماسك، المؤسس المشارك لشركة باي بال، بالتعاون مع أربعة مهندسين آخرين. يقود ماسك توجهًا جديدًا في سوق السيارات، إذ يُجسّد السيارة الكهربائية التي كانت في السابق مجرد حلم. فضلًا عن تزايد القلق العالمي بشأن التلوث البيئي، تُعدّ تكاليف صيانة السيارات الكهربائية منخفضة للغاية، ما يُؤدي إلى ارتفاع الطلب عليها. ودليلًا على ذلك، تشير التوقعات إلى أن السيارات الكهربائية ستُمثّل حوالي 20% من إجمالي سوق السيارات بحلول عام 2025. وبناءً على ذلك، يُمكن القول إن السيارات الكهربائية أصبحت خيارًا أساسيًا لشركات صناعة السيارات.
في الواقع، لطالما كانت الحاجة إلى السيارات الكهربائية معروفة. ومع تزايد حدة المشكلات البيئية الناجمة عن الاحتباس الحراري وانبعاثات المركبات، برزت الحاجة إلى السيارات الكهربائية كحلٍّ؛ إلا أن تسويقها كان صعباً بسبب مشاكل تتعلق بقوة البطاريات ووقت الشحن. ولكن في الآونة الأخيرة، ساهمت التطورات في تكنولوجيا الأجهزة الإلكترونية، بما في ذلك الهواتف الذكية، في تحسين كفاءة البطاريات، مما جعل الإنتاج الضخم لنماذج السيارات الكهربائية أمراً ممكناً. في هذه المقالة، سنستعرض مبادئ السيارات الكهربائية مقارنةً بالسيارات التقليدية التي تعمل بالبنزين والديزل، كما سنناقش التوجهات المستقبلية لتكنولوجيا البطاريات.

كيف تعمل سيارات البنزين والديزل

تتبع معظم المركبات ذات الدفع الخلفي البنية الأساسية التي وضعها المهندس الفرنسي بانارد-ليفاسور عام ١٨٩١. تتكون السيارة من حوالي ٣٠,٠٠٠ قطعة، وتنقسم بشكل عام إلى الهيكل الخارجي والشاسيه. يُعد الشاسيه المكون المسؤول عن توليد الطاقة اللازمة لدفع السيارة، وينقسم بدوره إلى المحرك، ونظام نقل الحركة، والعجلات. في السيارات التي تعمل بالبنزين، يتمدد الغاز عالي الضغط والحرارة الناتج عن احتراق الوقود والأكسجين داخل الأسطوانات، دافعًا المكابس. تتكون هذه العملية من دورة رباعية الأشواط - السحب، والضغط، والاحتراق، والعادم - وتُعد غازات العادم المنبعثة في الغلاف الجوي خلال شوط العادم سببًا رئيسيًا للتلوث البيئي.
تعمل مركبات الديزل بطريقة مشابهة لمركبات البنزين، لكن طريقة احتراق الوقود تختلف. توفر محركات الديزل كفاءة أعلى في استهلاك الوقود وعزم دوران أكبر من محركات البنزين، لكنها تواجه تحديات تتعلق بلوائح الانبعاثات والضوضاء. تتميز محركات الديزل بكفاءة حرارية أعلى بفضل احتراق الوقود تحت ضغط عالٍ، لكن هناك حاجة إلى تحسينات تقنية لمعالجة مشاكل غازات العادم، بما في ذلك الغبار الناعم وأكاسيد النيتروجين.

كيف تعمل المركبات الكهربائية

على النقيض من ذلك، تعمل المركبات الكهربائية بالكهرباء التي تُشغل محركًا كهربائيًا. وخلافًا لمركبات البنزين والديزل، فهي لا تتطلب محركًا مكبسيًا، مما يجعل تركيبها أبسط ويؤدي إلى انعدام ضجيج المحرك تقريبًا. تُصنف المركبات الكهربائية إلى عدة أنواع بناءً على مصدر طاقتها. أولها مركبة خلايا وقود الهيدروجين (FCEV). تستخدم هذه المركبة الهيدروجين كوقود لتوليد الكهرباء في خلية وقود. يتفاعل الهيدروجين والأكسجين كيميائيًا داخل خلية الوقود لإنتاج الكهرباء، وبما أن الماء هو الناتج الثانوي الوحيد، فهي صديقة للبيئة للغاية. مع ذلك، ونظرًا لأن البنية التحتية، مثل محطات التزود بالهيدروجين، لا تزال غير متطورة، فمن المتوقع أن يستغرق الأمر وقتًا قبل أن تصبح هذه المركبات متاحة على نطاق واسع.
النوع الثاني هو المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEV). تشحن هذه المركبات الكهرباء في بطارية مدمجة، وتستخدم هذه الكهرباء لتشغيل المحرك. ولأنها تعمل بالكهرباء فقط، تُسمى أيضًا "المركبات الكهربائية الخالصة". تندرج الطرازات التي تنتجها شركة تسلا بشكل أساسي ضمن هذه الفئة. مع ذلك، تستغرق المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية وقتًا طويلاً للشحن، كما أن أداء البطارية محدود. وقد أُثيرت مخاوف بشأن استخدام الوقود الأحفوري في عملية تصنيع البطاريات، مما يُشكك في سمعتها كتقنية صديقة للبيئة.
أما النوع الثالث فهو المركبة الكهربائية الهجينة (HEV)، التي تستخدم محرك احتراق داخلي صغير لتعويض سعة تخزين البطارية المحدودة. وبما أنها قادرة على السير أثناء شحن البطارية بواسطة محرك الاحتراق الداخلي، فإنها تُعتبر تقنية انتقالية بين المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات والمركبات التقليدية التي تعمل بالبنزين.

التطورات في تكنولوجيا البطاريات والمستقبل

تُعدّ تقنية البطاريات من أهم العوامل الحاسمة لانتشار السيارات الكهربائية على نطاق واسع. حاليًا، تستخدم معظم السيارات الكهربائية بطاريات الليثيوم أيون، التي تتميز بكفاءة عالية نسبيًا ولكن بكثافة طاقة منخفضة، مما يؤدي إلى تقليل مدى القيادة لكل شحنة مقارنةً بسيارات محركات الاحتراق الداخلي. ولمعالجة هذه المشكلة، تُجرى أبحاثٌ عالميةٌ على تقنيات البطاريات من الجيل التالي، مثل بطاريات الحالة الصلبة. وتكتسب بطاريات الحالة الصلبة اهتمامًا متزايدًا نظرًا لاستخدامها إلكتروليتًا صلبًا بدلًا من السائل، مما يُحسّن السلامة وكثافة الطاقة مع تقليل أوقات الشحن. وفي حال تسويق هذه التقنية، يُتوقع أن تُسهم بشكلٍ كبيرٍ في حل مشكلة مدى القيادة للسيارات الكهربائية.
بالإضافة إلى ذلك، تبرز تقنية إعادة تدوير البطاريات كقضية بالغة الأهمية. يجب تطوير تقنيات لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون بكفاءة بعد انتهاء عمرها الافتراضي. إذا تم تطبيق تقنية إعادة تدوير البطاريات بنجاح، ستتعزز الفوائد البيئية للسيارات الكهربائية بشكل أكبر.

التحديات التي تواجه تسويق المركبات الكهربائية

تتطلب تحديات تسويق السيارات الكهربائية نهجًا شاملًا لا يقتصر على التطورات التكنولوجية فحسب، بل يشمل أيضًا توسيع البنية التحتية ودعم السياسات. وقد أُعلن مؤخرًا عن العديد من اللوائح والتدابير الداعمة في دول حول العالم لتشجيع تسويق السيارات الكهربائية.
في الولايات المتحدة، أُقرّ قانون خفض التضخم (IRA) عام 2022، والذي وفّر مزايا لمصنّعي السيارات الكهربائية، كما يجري تطبيق سياسات جديدة تتعلق بمعايير أكثر صرامة لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وأعلن الاتحاد الأوروبي أيضاً عن لائحة البطاريات الأوروبية عام 2023، معززاً بذلك اللوائح القانونية لتشجيع الإدارة المستدامة للبطاريات وإعادة تدويرها. وتهدف هذه اللوائح إلى تقليل الأثر البيئي طوال دورة حياة البطارية وتشجيع الاقتصاد الدائري.
تُعدّ البنية التحتية للشحن وأداء البطاريات من أكبر العقبات التي تعترض سبيل تسويق السيارات الكهربائية. وتستثمر الدول مبالغ طائلة لتوسيع نطاق البنية التحتية للشحن، وقد طبّقت أوروبا والولايات المتحدة، خلال الفترة من 2022 إلى 2023، سياساتٍ تركز على إنشاء هذه البنية التحتية. ونتيجةً لذلك، تشهد تكنولوجيا البطاريات تطوراً سريعاً. ويستمر الطلب على بطاريات الليثيوم أيون في الارتفاع، وفي عام 2023، تحسّن أداء البطاريات وإنتاجيتها بشكل ملحوظ.
علاوة على ذلك، تُسهم تقنيات البطاريات الجديدة، مثل بطاريات الحالة الصلبة وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP)، في خفض تكاليف البطاريات، وإطالة عمرها، وتعزيز القدرة التنافسية للسيارات الكهربائية. ومن المتوقع أن تلعب هذه البطاريات دورًا محوريًا في مستقبل مستدام لصناعة السيارات الكهربائية، وذلك من خلال تقليل استخدام المعادن النادرة.
لذلك، في حين أن تحديات مثل توسيع البنية التحتية للشحن، وتحسين أداء البطاريات، وتعزيز تكنولوجيا إعادة تدوير البطاريات لا تزال قائمة أمام تسويق المركبات الكهربائية، فإن الدعم السياسي والابتكار التكنولوجي من دول العالم يعملان على حل هذه المشكلات بسرعة.