تیم وسایل نقلیه الکتریکی MIT، که سال ها تجربه در ساخت و مسابقه وسایل نقلیه الکتریکی نوآورانه، از جمله اتومبیل و موتور سیکلت، در مسابقات بین المللی در سطح حرفه ای دارد، امسال چیزی بسیار متفاوت را امتحان می کند: این تیم در حال ساخت یک موتور سیکلت الکتریکی با موتور هیدروژنی با استفاده از سوخت است. سیستم سلولی به عنوان یک بستر آزمایشی برای حمل و نقل جدید مبتنی بر هیدروژن
این دوچرخه اولین آزمایش کامل پیست خود را در ماه اکتبر با موفقیت به پایان رساند. این به عنوان یک پلت فرم منبع باز طراحی شده است که باید امکان تعویض و آزمایش اجزای مختلف را فراهم کند و دیگران بتوانند نسخه های خود را بر اساس برنامه هایی که تیم به صورت رایگان در دسترس قرار می دهد، امتحان کنند.
آدیتیا مهروترا، که این پروژه را رهبری می کند، یک دانشجوی کارشناسی ارشد است که با استاد مهندسی مکانیک الکس اسلوکام، رئیس والتر ام. می و آ. هیزل می، صندلی فناوری های نوظهور کار می کند. مهروترا سیستم‌های انرژی را مطالعه کرد و همچنین موتورسیکلت‌ها را خیلی دوست داشت، بنابراین ما به ایده یک موتورسیکلت هیدروژنی رسیدیم. ما تحقیقات ارزیابی انجام دادیم و به این نتیجه رسیدیم که این واقعا می تواند کارساز باشد. ما [decided to] سعی کنید آن را بسازید
اعضای تیم می گویند که در حالی که اتومبیل های باتری برای محیط زیست مزخرف هستند ، اما هنوز هم در محدوده با محدودیت روبرو هستند و دارای مشکلات مربوط به معدن لیتیوم و انتشار گازهای گلخانه ای هستند. بنابراین ، این تیم علاقه مند به کاوش در وسایل نقلیه با هیدروژن به عنوان یک جایگزین تمیز بود و به وسایل نقلیه ای که می توانند به سرعت مانند وسایل نقلیه بنزین قابل شارژ باشند ، امکان پذیر می کند.
برخلاف پروژه های قبلی این تیم که از سال 2005 بخشی از MIT بوده است، این وسیله نقلیه در مسابقات یا مسابقات شرکت نخواهد کرد، اما در کنفرانس های مختلف ارائه خواهد شد. تیمی متشکل از 12 دانشجو از ژانویه 2023 بر روی ساخت نمونه اولیه کار می کنند. آنها در ماه اکتبر دوچرخه را در اجلاس هیدروژن آمریکا ارائه کردند و در ماه مه برای ارائه آن در اجلاس جهانی هیدروژن به هلند خواهند رفت. علاوه بر دو اجلاس هیدروژنی، این تیم قصد دارد دوچرخه خود را در نمایشگاه Consumer Electronics در لاس وگاس این ماه به نمایش بگذارد.
مهروترا می‌گوید: «امیدواریم از این پروژه به عنوان فرصتی برای شروع گفتگو در مورد سیستم‌های «هیدروژن کوچک» استفاده کنیم که می‌تواند تقاضا را افزایش دهد، که می‌تواند منجر به توسعه زیرساخت‌های بیشتر شود. ما امیدواریم که این پروژه بتواند به یافتن کاربردهای جدید و خلاقانه برای هیدروژن کمک کند.» او اضافه می کند که علاوه بر این نمایش ها و اطلاعات آنلاینی که تیم ارائه می دهد، آنها همچنین در تلاش هستند تا مقالاتی را در مجلات دانشگاهی منتشر کنند که پروژه خود و درس های آموخته شده را شرح دهد. از آن، با امید به “تاثیرگذاری بر صنعت انرژی”.
موتورسیکلت در طول سال تکه تکه شکل گرفت. او می‌گوید: «ما حامیان متعددی از صنعت برای اهدای قطعاتی مانند پیل سوختی و بسیاری از اجزای اصلی سیستم داریم. آنها همچنین از ابتکار انرژی MIT، دپارتمان های مهندسی مکانیک و برق و علوم کامپیوتر و مرکز MIT Edgerton حمایت دریافت کردند.
آزمایشات اولیه بر روی یک دینامومتر انجام شد، نوعی تردمیل ابزاری که Mehrotra آن را “در اصل یک مسیر شبیه سازی” توصیف می کند. این خودرو در طول توسعه خود از انرژی باتری استفاده می کند، در حالی که یک سلول سوختی عرضه شده توسط شرکت دوسان کره جنوبی قابل تهیه و نصب است. فضایی که گروه برای طراحی و ساخت نمونه اولیه استفاده کرده است، خانه تیم خودروهای الکتریکی، در ساختمان N51 MIT است و به خوبی مجهز است تا هر یک از اجزای دوچرخه را در حین توسعه و ادغام آزمایش‌های دقیق انجام دهد.
الیزابت برنان، یک کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، می گوید که در ژانویه 2023 به این تیم پیوست زیرا می خواست تجربه بیشتری در مهندسی برق کسب کند، “و من واقعاً عاشق آن شدم.” او می‌گوید که اعضای گروه «واقعاً اهمیت می‌دهند و بسیار هیجان‌زده هستند که اینجا هستند و روی این دوچرخه کار می‌کنند و به این پروژه ایمان دارند».
برنان ، که رهبر تیم ایمنی است ، در مورد روشهای کنترل ایمن مورد نیاز برای سوخت هیدروژن موتور سیکلت ، از جمله مخازن ویژه و اتصالات مورد نیاز ، می آموزد. این تیم در ابتدا از یک موتور الکتریکی در دسترس تجاری برای نمونه اولیه استفاده می کرد ، اما اکنون در حال کار بر روی نسخه بهبود یافته ای است که از ابتدا طراحی شده است ، “که انعطاف پذیری بیشتری به ما می دهد.”
به عنوان بخشی از این پروژه ، اعضای تیم در حال تهیه یک کتاب درسی هستند که توصیف می کنند چه کاری انجام داده اند و چگونه هر مرحله در فرآیند طراحی و ساخت این دوچرخه برقی هیدروژن سلول سوخت را انجام می دهند. چنین موتورسیکلتی هنوز به عنوان یک محصول تجاری وجود ندارد، اگرچه چندین نمونه اولیه ساخته شده است.
برنان می‌گوید که این نوع راهنمای فرآیند «فقط وجود ندارد». او می افزاید که “بسیاری از توسعه فناوری هیدروژن یا از طریق شبیه سازی انجام می شود یا هنوز در مرحله نمونه اولیه است زیرا توسعه آن گران است و آزمایش این نوع سیستم ها دشوار است.” یکی از اهداف تیم برای پروژه این است که همه چیز را در دسترس قرار دهد. به عنوان یک طراحی منبع باز، و “ما می خواهیم این دوچرخه را به عنوان یک پلت فرم برای محققان و برای آموزش فراهم کنیم، جایی که محققان می توانند ایده ها را هم در محیط های فضا و هم در محیط های محدود شده با بودجه آزمایش کنند.”
Mehrotra بر خلاف طرحی که به عنوان یک محصول تجاری ساخته شده است ، می گوید: “وسیله نقلیه ما کاملاً برای تحقیق طراحی شده است ، بنابراین می توانید قطعات را مبادله کرده و داده های سخت افزاری واقعی را در مورد چگونگی خوب طرح های شما بدست آورید.” این می تواند به افراد کمک کند تا در اجرای جدید خود کار کنند او می گوید که ایده های طراحی و کمک به پیشرفت صنعت.
او می‌گوید نمونه‌های اولیه‌ای که قبلاً توسط برخی شرکت‌ها ساخته شده بود، ناکارآمد و گران بودند. طبق اطلاعات ما، ما اولین پلتفرم کاملاً متن باز، مستند، آزمایش شده و منتشر شده هستیم [fuel cell] موتور سیکلت در جهان هیچ کس دیگری دوچرخه ای ساخته و آن را در سطحی که ما داریم آزمایش نکرده است و آن را تا حدی مستند نکرده است که کسی بتواند واقعاً آن را بگیرد و در آینده آن را مقیاس کند یا در تحقیقات از آن استفاده کند.
او می افزاید که «این وسیله نقلیه در حال حاضر برای تحقیق در دسترس است، اما هنوز برای تولید تجاری در دسترس نیست، زیرا پیل سوختی جزء بسیار بزرگ و گران قیمتی است.» Doosan Fuel Cell، که سلول سوختی را برای نمونه اولیه دوچرخه فراهم کرده است، نسبتاً کوچک و کوچک تولید می کند. سلول های سوختی سبک وزن عمدتا برای استفاده در هواپیماهای بدون سرنشین. این شرکت همچنین سیستم های ذخیره و تحویل هیدروژن را تولید می کند.
آنیکا مارشنر، یکی از اعضای تیم، یک رشته مهندسی مکانیک سال دوم، می گوید که این پروژه به تکامل خود ادامه خواهد داد. او می گوید: “این چیزی است که در حال انجام است ، و همانطور که ما آن را توسعه می دهیم و تغییراتی ایجاد می کنیم ، آن را به یک دوچرخه قوی تر و بهتر تبدیل می کنیم ، امیدوارم که طی سالها به رشد خود ادامه دهد.”
در حالی که تیم EV تا کنون بر وسایل نقلیه با باتری متمرکز شده است، مارشنر می گوید: “ما در حال حاضر به هیدروژن نگاه می کنیم زیرا به نظر می رسد چیزی است که کمتر از سایر فناوری ها برای ایجاد حمل و نقل پایدار مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین ارائه زمان و تلاش برای ما یک چیز هیجان انگیز به نظر می رسید.”
تحقق همه اینها یک فرآیند طولانی بود. این تیم از یک قاب از موتور سیکلت 1999 استفاده کرد که بسیاری از قطعات سفارشی برای پشتیبانی از موتور الکتریکی ، مخزن هیدروژن ، سلول سوخت و درایو اضافه شده است. قرار دادن آن در قاب دوچرخه قطعاً چیزی بود که باید در مورد آن بسیار فکر می‌کردیم زیرا فضای محدودی در آن وجود دارد.» بنابراین ما باید سعی می‌کردیم بفهمیم که چگونه چیزها را به روشهای هوشمندانه نصب کنیم تا هیچ درگیری وجود نداشته باشد.”
مارچنر می گوید ، “بسیاری از مردم واقعاً از قدرت هیدروژن به عنوان چیزی که در جاده استفاده می شود فکر نمی کنند ، اما این فناوری وجود دارد.” جایگاه های سوخت، بیشتر در کالیفرنیا، ژاپن و برخی کشورهای اروپایی وجود دارد. اما دسترسی به هیدروژن «برای مصرف‌کننده معمولی شما در ساحل شرقی یک چالش بزرگ و بزرگ است. زیرساخت قطعا بزرگترین چالش در حال حاضر برای وسایل نقلیه هیدروژنی است.
او آینده روشنی را برای هیدروژن به عنوان یک سوخت پاک می بیند که در نهایت جایگزین سوخت های فسیلی خواهد شد. او می‌گوید: «من فکر می‌کنم پتانسیل بسیار زیادی دارد. من فکر می‌کنم یکی از بزرگترین چالش‌ها در پیشبرد انرژی هیدروژن، توسعه این پروژه‌های نمایشی و نشان دادن این است که این چیزها می‌توانند کار کنند و می‌توانند به خوبی کار کنند. بنابراین ما واقعاً هیجان‌زده هستیم که آن را بیشتر کنیم.»
