[عمود كيم يونغ جو] حالة تطوير جرارات خلايا وقود الهيدروجين

[عمود كيم يونغ جو] أستاذ في قسم هندسة آلات أنظمة الزراعة الذكية بكلية الزراعة وعلوم الحياة في جامعة تشونغنام الوطنية

يُعد جرار خلايا وقود الهيدروجين مشروعًا كبيرًا لوزارة الزراعة والغذاء والشؤون الريفية، يجري تنفيذه باستثمار نحو 300억 원 على مدى 5سنوات ابتداءً من عام 2022. ويُشرف على هذا المشروع جامعة تشونغنام الوطنية، وتشارك فيه مجموعة هيونداي موتور التي توفر خلايا وقود الهيدروجين, وشركات تصنيع الآلات الزراعية الكاملة مثل LSإمترون, ودايدونغ, TYM وغيرها، ليبلغ عدد الجهات المشاركة 19جهة، ويمكن القول إنه أكبر مشروع منفرد لوزارة الزراعة والغذاء والشؤون الريفية. ويتكون هذا البحث من 4مجموعات بحثية لتصميم جرار خلايا وقود هيدروجين بقدرة 110kW. E-وهي مجموعة تصميم منظومة القدرة والجرار, ومجموعة تصميم نظام القيادة والشاسيه, ومجموعة تصميم نظام الطاقة ومجموعة السلامة.

لهذا المشروع جوانب تحدٍّ عديدة، إلى جانب كونه يطوّر أول جرار خلايا وقود هيدروجين في العالم. أولًا, يتمثل التحدي الأكبر في تطبيق تقنية خلايا وقود الهيدروجين، التي لم تُطبق إلا مؤخرًا حتى في السيارات الصديقة للبيئة، على الجرارات. ولتحقيق ذلك، يلزم تصميم نظام الطاقة وتحسينه بحيث يستطيع الاستجابة للأعمال المتواصلة ذات الأحمال العالية, وفي الوقت نفسه هناك حاجة إلى تحسينات متعددة في القوانين·والأنظمة.
وعلى وجه الخصوص, كان من الضروري مراجعة القوانين ذات الصلة وتعديلها لتطبيق منتجات الهيدروجين عالية الضغط على الجرارات. وقد تقدّم فريق البحث أولًا بطلب لاستخدام نظام الساندبوكس من أجل تطوير المركبة, واستنادًا إلى ما تم الحصول عليه خلال عملية التطوير، أنهى الاستعدادات لوضع رموز الاختبار عبر اجتماعات استشارية متعددة بهدف إعداد اللوائح. 2027واعتبارًا من عام، ستُسن القوانين واللوائح ذات الصلة, وقد أُنجزت جميع التحضيرات لكي يصبح تسويق جرارات خلايا وقود الهيدروجين ممكنًا أيضًا من الناحية المؤسسية.

أما التحدي الثاني فهو تصميم منصة جرار جديدة. فمن الناحية التقليدية، جميع الجرارات التي تُطوَّر محليًا تعتمد بنية بلا إطار(Frameless construction)تدعم وزن الهيكل عبر ربط المحرك·وناقل الحركة·والمحور الخلفي·والهيكل الحاوي. ويجلس العامل على مقعد القيادة الموضوع فوق ناقل الحركة في الجرار ويقوم بالعمل وهو على متنه. ولهذا الهيكل ميزة تتمثل في إمكانية تطبيق تقنية الكهربة باستخدام المكونات الأساسية الحالية كما هي، لكنه ينطوي في المقابل على قيود مكانية عند تركيب مختلف مكونات خلايا وقود الهيدروجين مثل خلية وقود الهيدروجين, وخزان الهيدروجين وغيرها.

لذلك، عند تركيب خزان الهيدروجين على هيكل الجرار الحالي, ينبغي اعتماد طريقة تثبيت خزان الهيدروجين فوق السقف كما في جرار خلايا وقود الهيدروجين من كوبوتا, لكن هذا الهيكل يجعل من الصعب ضمان سلامة خزان الهيدروجين عند الانقلاب. كما أنه يتطلب تطوير سقف مخصص يتضمن خزان الهيدروجين، ما يجعل تطبيقه على تشكيلات متنوعة من الجرارات أمرًا صعبًا أيضًا.

وللتغلب على هذه القيود، صمّم هذا المشروع إطارًا مخصصًا لجرارات خلايا وقود الهيدروجين يسهل تركيب خزان الهيدروجين عليه, وباستخدامه جرى تصميم منصة مخصصة لخلايا وقود الهيدروجين. ويمكن القول إن هذه المنصة محاولة جديدة لم تُطبق بعد في قطاع الآلات الزراعية المحلي. وتتميز المنصة المخصصة بأنها تؤمّن المساحة اللازمة لتركيب نظام خلايا وقود الهيدروجين, وفي الوقت نفسه يمكن لعدة شركات للآلات الزراعية استخدامها بصورة مشتركة. وأخيرًا، فإن توحيد المنصة في هذا المشروع لا يتجاوز مجرد توحيدها بين شركات الآلات الزراعية المختلفة فحسب، بل يتميز بتصميمها بحيث تمتلك المركبات المأهولة وغير المأهولة المنصة نفسها.

صُممت منصة خلايا وقود الهيدروجين المشتركة بحيث يمكن تركيب جميع وحدات القيادة مثل المحركات, والعاكسات, ونواقل الحركة، وكذلك أجهزة الطاقة مثل خزان الهيدروجين، في الجزء السفلي من الشاسيه؛ ولذلك تتمتع بميزة تمكين شركات الجرارات المحلية من الاستفادة الكاملة من المنصة عبر تركيب كبائنها الخاصة، وفي الوقت نفسه تتمتع بميزة إمكانية استخدامها كمنصة غير مأهولة عند استبعاد الكابينة. لذلك يمكن القول إن مشروع خلايا وقود الهيدروجين هذا مهمة طموحة تطوّر تقنية خلايا وقود الهيدروجين وفي الوقت نفسه تتحقق من إمكانية توحيد منصة كهربة جديدة.

وعلى وجه الخصوص, تتكوّن منصة جرار خلايا وقود الهيدروجين من ثلاثة أنواع من المحركات، هي محرك السير, PTO ومحرك مأخذ القدرة, والمحرك الهيدروليكي، وذلك لدفع الجرار بما يعكس خصائص العمل التي يتميز بها. ويتيح هذا الهيكل امتلاك بنية ناقل حركة أبسط نسبيًا مقارنة بمحركات الاحتراق الداخلي التقليدية, ومن خلال ذلك يمكن رفع كفاءة نقل القدرة. بالإضافة إلى ذلك, وبما أن حزمة طاقة خلايا وقود الهيدروجين أكثر كفاءة من المحرك الذي يمثل مصدر القدرة في محركات الاحتراق الداخلي، فإنها تتمتع بميزة القدرة على تنفيذ الأعمال الزراعية بكفاءة أعلى باستخدام مصدر الطاقة نفسه.

لقد اكتمل الآن تطوير مشروع جرار خلايا وقود الهيدروجين بوصفه مصدر طاقة جديدًا صديقًا للبيئة, ومنصة كهربة مخصصة قابلة للتوحيد, ومنصة من الجيل التالي يمكن تطبيقها في الوقت نفسه على الأنظمة المأهولة وغير المأهولة، ويتم حاليًا إجراء اختبارات لتحقيق الاستقرار النهائي للمركبة. وللتحقق من أداء الجرار، تُجرى الاختبارات بالطريقة نفسها المتبعة للجرارات التقليدية ذات محركات الاحتراق الداخلي وفقًا لطريقة اختبار أداء الجرارات لدى المعهد الكوري لتعزيز التكنولوجيا الزراعية، إلا أن الواقع يتطلب تطبيق طريقة اختبار منفصلة تبعًا لتكوين المحركات الثلاثة 3. ويمكن استخدام هذه الطريقة الاختبارية ليس فقط لخلايا وقود الهيدروجين، بل أيضًا لجميع الجرارات الكهربائية التي تستخدم محركًا واحدًا أو أكثر بدلًا من محركات الاحتراق الداخلي التقليدية للدفع أو للعمل، ويجري تطوير طريقة الاختبار هذه من خلال هذا البحث.

في الوقت الحالي، اكتمل تطوير النماذج الأولية لجرارات خلايا وقود الهيدروجين المأهولة وغير المأهولة, كما اكتملت اختبارات الأداء، وانتهت الاستعدادات للتسويق التجاري. لكن, من أجل الاستخدام الفعلي في المزارع، لا تزال هناك حاجة إلى تحسين القوانين·والأنظمة, والشحن, والسلامة وغيرها من الأطر المؤسسية. وفي الوقت نفسه، هناك حاجة إلى إعداد دعم مالي مثل الإعانات للآلات الزراعية الصديقة للبيئة من أجل توسيع السوق.