بدأت مجموعة بي ام دبليو BMW حقبة جديدة في عالم السيارات، من خلال إنتاج طراز بي أم دبليو أكس 5 هيدروجين BMW iX5 Hydrogen، التي تعمل بالطاقة الهيدروجينية، عقب عمليات مكثفة وتطويرية في المصنع التجريبي في مركز الأبحاث والابتكار التابع لمجموعةBMW في ميونيخ. وتحتل مجموعة BMW موقعاً ريادياً في المساعي نحو تطوير تكنولوجيا الهيدروجين، وتنظر إليها باعتبارها تقنية واعدة لجيلها القادم من المركبات، وخاصة في دول منطقة الشرق الأوسط، إذ أنهت السيارة الرياضية متعددة الاستخدامات برنامجاً اختبارياً متعدد المراحل، للوصول إلى التصميم الأخير.
وتجمع سيارة BMW iX5 Hydrogen بين جميع مزايا أنظمة القيادة الخالية من الانبعاثات، والقابلية على الاستخدام اليومي، والقدرة على قطع مسافات طويلة، ما يجعل تقنية خلايا وقود الهيدروجين بديلاً مكملاً وجذاباً لمنظومة السيارات الكهربائية. ويعد خياراً مثالياً بشكل خاص بالنسبة للعملاء الراغبين بتزويد الوقود بسرعة في محطات الوقود وقطع مسافات طويلة، وأيضاً يعتبر هذا الطراز مناسباً لمنطقة الشرق الأوسط، حيث يتم تطوير بنية تحتية رائدة ومناسبة للشحن، وبوتيرة متسارعة.
تم تصنيع سيارة BMW iX5 Hydrogen في مصنع تجريبي في مركز الأبحاث والابتكار التابع لشركة BMW في ميونيخ، حيث توظف الشركة حوالي 900 شخص يعملون ضمن ورشة تصنيع الهياكل، والتجميع، وهندسة النماذج، وبناء مفهوم السيارة، والتصنيع الإضافي، لإنتاج طراز جديد يظهر لأول مرة على الإطلاق في الأسواق.
ستقوم مجموعة BMW بتصنيع أنظمة خلايا وقود عالية الكفاءة في مركز الإنتاج الخاص بالخلايا الهيدروجين ضمن المجموعة. وتعد هذه التقنية واحدة من العناصر الأساسية في سيارة BMW iX5 Hydrogen حيث تولد قوة مستمرة عالية تبلغ 125 كيلو واط / 170 حصان. وتجتمع مع محرك كهربائي بتقنية BMW eDrive من الجيل الخامس وبطارية عالية الأداء طورت خصيصاً لهذه السيارة لتمكين مجموعة نقل الحركة من إنتاج 275 كيلو واط / 374 حصان. وقد عمل فريق التطوير على دمج نظام القيادة – الذي يتضمن خزانين للهيدروجين، وخلية وقود ومحرك كهربائي – في منصة BMW X5الحالية ضمن عملية الإنتاج.
وتترسخ نتائج الاختبار لهذه السلسلة الجديدة في السيارات الصغيرة الحجم من خلال الخبرة الواسعة لمجموعة BMW في استخدام الهيدروجين في تقنية قيادة. كانت محركات الاحتراق التي تعمل بالهيدروجين قيد الاستخدام قبل وصول نظام خلايا الوقود. وقد دفعت اعتبارات الكفاءة مجموعة BMW إلى مواصلة أعمال التطوير في هذا المجال اعتباراً من عام 2015 باستخدام خلية BMW 5 Series GT الهيدروجينية القائمة على تقنية خلايا الوقود.
كيفية عمل محرك الهيدروجين
يحدث تفاعل كيميائي في خلية الوقود بين الهيدروجين القادم من الخزانات والأكسجين من الهواء. يعد الحفاظ على الإمداد الثابت لكلا العنصرين لغشاء خلية الوقود ذا أهمية بالغة لكفاءة نظام القيادة. بالإضافة إلى المعادلات التكنولوجية للمزايا الموجودة في محركات الاحتراق، مثل مبردات هواء الشحن وفلاتر الهواء ووحدات التحكم وأجهزة الاستشعار، طورت مجموعة BMW أيضاً مكونات هيدروجين خاصة لنظام خلايا الوقود الجديد. وتشمل هذه المكونات: الضاغط عالي السرعة مع التوربينات، ومضخة التبريد ذات الجهد العالي، على سبيل المثال.
تجلب مجموعة BMW خلايا الوقود الفردية المطلوبة لتصنيع طراز BMW iX5 Hydrogen من شركة Toyota Motor Corporation. تتمتع الشركتان بشراكة موثوقة منذ سنوات عديدة وتتعاونان في أنظمة محرك خلايا الوقود منذ عام 2013. يتم تصنيع أنظمة خلايا الوقود في خطوتين رئيسيتين. يتم تجميع خلايا الوقود الفردية أولاً في مجموعة خلايا وقود. وتتضمن الخطوة التالية تركيب جميع المكونات الأخرى لإنتاج نظام خلايا وقود كاملة.
إن عملية تكديس خلايا الوقود هي عملية مؤتمتة بالكامل. بمجرد فحص المكونات الفردية بحثاً عن أي تلف، يتم ضغط المكدس بواسطة آلة بقوة خمسة أطنان لتوضع ضمن غلاف حماية. يتم تصنيع غلاف المكدس في مسبك المعدن الخفيف في مصنع مجموعة BMW في لاندشوت باستخدام تقنية صب الرمل. لهذا الغرض، يتم صب الألمنيوم المصهور في قالب مصنوع من الرمل المضغوط الممزوج بالراتنج في عملية مصممة خصيصاً لهذه السيارة الصغيرة. تصنع لوحة الضغط، التي تنقل الهيدروجين والأكسجين إلى خلايا الوقود، من أجزاء بلاستيكية مصبوبة وسبائك خفيفة، في مصنع لاندشوت أيضاً. تشكل لوحة الضغط سدادة مانعة لتسرب الغاز ومضادة للماء حول غلاف المكدس.
يتضمن التجميع النهائي لمكادس خلايا الوقود اختبار الجهد، إضافة إلى اختبار شامل للتفاعل الكيميائي داخل الخلايا. وأخيراً، يتم تركيب جميع المكونات المختلفة معاً في منطقة التجميع لإنتاج النظام الكامل.
التجارب
ومؤخراً، أتمّ أسطول بي أم دبليو أي أكس5 هيدروجين BMW iX5 Hydrogen التجريبي، السيارة التي تم إطلاقها في فبراير من هذا العام، جولة مكثفة من الاختبارات للمرة الأولى في دولة الإمارات العربية المتّحدة وسط ظروف مناخية حارة. وقدّم نظام الدفع بخلايا الوقود أداءً مبهراً في ظلّ درجات حرارة فاقت الـ45 درجة مئوية، وفي مواجهة رمال وغبار ومنحدرات متفاوتة وتقلّبات كبيرة في معدلات الرطوبة.
وبرز خلال الاختبارات تآزر لافت ما بين كفاءة نظام خلايا الوقود، وخزاني الهيدروجين، والمحرك الكهربائي، والبطارية الكهربائية، ووحدة التحكم المركزية لإبراز أداء هذه السيارة المتميز وجهوزيّتها. وعمل فريق التطوير ومقرّه ميونخ بتقييم وظائف كافة الأنظمة الكهربائية في ظل الظروف المناخية القاسية ومدى توفير طاقة التبريد لتمكين السيارات من تقديم أفضل أداء لها. وقد نجحت تلك السيارات بالحفاظ على ديناميكيات القيادة التي تشتهر بها BMW.
تمّ نشر مركبات الأسطول التجريبي في كل من أوروبا واليابان وكوريا والصين والولايات المتحدة الأمريكية ومنطقة الشرق الأوسط بهدف تسليط الضوء على الميزة العملية للسيارات التي تعمل بالهيدروجين وإمكانية استخدامها اليومي، وكذلك جمع معلومات مهمة لتطوير طراز محتمل وإنتاجه المتسلسل. وتستخدم مجموعة BMW الأسطول التجريبي لتوفير الدعم إقليمياً لتطوير بنية تحتية للتزود بالوقود متوافقة مع تكنولوجيا إعادة تزوّد بالوقود بقوة 700 بار في جميع فئات المركبات، سواء كانت سيارات ركاب أم شاحنات صغيرة أم حافلات أم مركبات تجارية ثقيلة. كما يتيح التعاون بين مختلف الجهات إمكانية إنشاء شبكة متينة من مزوّدي تكنولوجيا الهيدروجين مع خفض التكاليف.
تجمع سيارة BMW iX5 Hydrogen بين القدرة على السير لمسافات طويلة، وفترات التوقف القصيرة للتزود بالوقود، والقيادة الخالية من الانبعاثات. ويُتوقع لتكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين، عند توفّر الشروط المناسبة، أن تشكّل ركيزة أخرى ضمن مجموعة أنظمة القيادة المستقبلية لمجموعة BMW.
وتعتمد مجموعة BMW في إطار تحولها المستمر نهجاً “منفتحاً على التكنولوجيا” في ما يتعلق بأنظمة القيادة، وتتكيف الشركة بالتالي مع متطلبات العملاء ومختلف معايير البنى التحتية والقوانين السياسية والتنظيمية في كافة مناطق العالم. وتتيح هذه المرونة لمجموعة BMW سرعة الاستجابة لمتطلبات الأسواق المتغيرة وتقديم عروض جذابة لأكبر عدد ممكن من العملاء في كافة الأوقات.
تمّ الكشف عن سيارة BMW iX5 الهيدروجينية، القائمة على طراز BMW X5 الحالي، للمرّة الأولى كسيارة تجريبية في معرض السيارات الدولي IAA عام 2019. تعتمد هذه السيارة على نظام خلايا الوقود من الجيل التالي عالي الكفاءة حيث يولّد نظام الدفع قوّةً إجمالية مستمرّة عاليةً تبلغ 170 حصاناً. وبالتعاون مع المحرّك الكهربائي المدمج الذي يعمل بتقنية BMW eDrive من الجيل الخامس، تنتج مجموعة الدفع قوّةً قصوى تبلغ 401 حصاناً على الطريق.
الطاقة الهيدروجينية تسمح بإعادة التزوّد بالطاقة بسرعة
يُخزن الهيدروجين اللازم لتزويد خلايا الوقود الهيدروجينية في خزانين بقدرة ضغط تبلغ 700 بار مصنوعين من البلاستيك المعزز بألياف الكربون (CFRP)، فيمكنهما بالتالي تخزين ما يناهز من 6 كجم من الهيدروجين، أي ما يكفي لأن تجتاز BMW iX5 Hydrogen مسافةً تصل إلى 504 كلم بحسب دورة القيادة العالمية الموحّدة للمركبات الخفيفة WLTP. وتجدر الإشارة إلى أنّ ملء خزانات الهيدروجين يستغرق من ثلاث إلى أربع دقائق فقط، وبالتالي فإنّ BMW iX5 Hydrogen قادرةً على ضمان متعة القيادة القصوى التي تشتهر بها BMW لمسافات طويلة مع التوقف لفترات قصيرة جداً في محطات الشحن قبل أن تعاود الانطلاق.
