المركبات الكهربائية: نظرة تقنية على أحدث التطورات والإحصائيات

انتقلت المركبات الكهربائية (EVs) من كونها ابتكارًا محدودًا إلى حل سائد في صناعة السيارات. مع تزايد المخاوف بشأن تغير المناخ وأمن الطاقة وتلوث الهواء، يتسارع التحول إلى المركبات الكهربائية في جميع أنحاء العالم. يوفر هذا المقال نظرة شاملة على المواصفات التقنية، والتطورات، والإحصائيات المتعلقة بالمركبات الكهربائية، مع تسليط الضوء على كيفية إعادة تشكيلها لمستقبل النقل.

ما هي المركبات الكهربائية؟

المركبة الكهربائية (EV) هي مركبة تستخدم محركًا كهربائيًا أو أكثر للدفع، مدعومًا بالطاقة الكهربائية المخزنة في البطاريات. على عكس المركبات التقليدية التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي، فإن المركبات الكهربائية لا تحرق الوقود الأحفوري ولكنها تعتمد بدلاً من ذلك على مصادر الطاقة النظيفة، مما يجعلها أكثر صداقة للبيئة. يمكن أن تكون المركبات الكهربائية بالكامل، مركبات كهربائية تعمل بالبطارية، مركبات هجينة كهربائية قابلة للشحن، أو مركبات هجينة.

• المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEVs) : هذه المركبات تعمل بالكامل بواسطة الطاقة الكهربائية المخزنة في البطاريات.
• المركبات الهجينة الكهربائية القابلة للشحن (PHEVs) : هذه المركبات تستخدم مزيجًا من محرك احتراق داخلي (ICE) ومحرك كهربائي، حيث يمكن للمحرك الكهربائي العمل لمسافات محدودة قبل أن يبدأ محرك البنزين في العمل.
• المركبات الهجينة (HEVs) : هذه المركبات تجمع بين محرك احتراق داخلي ومحرك كهربائي، ولكن لا يمكن شحنها عبر منفذ كهربائي – يتم شحن البطارية عبر الكبح المتجدد ومحرك الاحتراق الداخلي.

تكنولوجيا البطاريات: قلب المركبات الكهربائية

تعتبر البطارية هي الأساس في أداء المركبة الكهربائية. تستخدم معظم المركبات الكهربائية الحديثة بطاريات ليثيوم أيون  (Li-ion)، التي تخزن الطاقة الكهربائية للدفع والوظائف الأخرى في المركبة. فيما يلي بعض التفاصيل التقنية حول هذه البطاريات:

1. كيمياء البطارية:
   • بطاريات ليثيوم أيون (Li-ion) : تستخدم معظم المركبات الكهربائية الحديثة بطاريات ليثيوم أيون نظرًا لكثافة الطاقة العالية، والوزن الخفيف، وقدرتها على الشحن والتفريغ عدة مرات دون تدهور كبير.
   • البطاريات الصلبة: تعد البطاريات الصلبة من الأفق التالي في هذا المجال. فهي تعد بتوفير كثافة طاقة أكبر، وأوقات شحن أسرع، وسلامة محسّنة من خلال القضاء على مخاطر الاشتعال المرتبطة بالبطاريات التقليدية.
2. كثافة الطاقة:
   • تشير كثافة الطاقة إلى كمية الطاقة التي يمكن أن تخزنها البطارية لكل وحدة وزن. متوسط كثافة الطاقة للبطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في المركبات الكهربائية يتراوح بين 150 Wh/kg إلى 250 Wh/kg
   • بالمقارنة، تمتلك المركبات التي تعمل بالوقود التقليدي كثافة طاقة تبلغ حوالي 12,000 Wh/kg، مما يبرز الحاجة إلى حزم بطاريات أكبر وأكثر وزنًا في المركبات الكهربائية لتحقيق مدى مماثل.
3. مدى البطارية:
   • توفر المركبات الكهربائية الحديثة مدى يتراوح بين 150 إلى 400 ميل بشحنة واحدة، مع إمكانية وصول الموديلات الممتازة إلى 500  ميل. على سبيل المثال، يمكن لطراز تسلا موديل إس طويل المدى السفر حتى 370  ميلًا بشحنة كاملة.
4. وقت الشحن:
   • تحسنت أوقات الشحن بشكل كبير في السنوات الأخيرة. مع الشواحن من المستوى 1، وهي المقابس المنزلية العادية، قد يستغرق الشحن الكامل حوالي 24 ساعة. ومع ذلك، مع الشواحن من المستوى 2 (240 فولت)، يتم تقليل هذا الوقت إلى حوالي 4  إلى 10 ساعات.
   • يمكن لـ الشحن السريع المباشر (الشحن الفائق) شحن المركبة الكهربائية حتى 80% في 30 دقيقة فقط، وقد نشرت شركات مثل تسلا وفولكس فاجن العديد من محطات الشحن السريع لدعم هذا النوع من الشحن.

محركات المركبات الكهربائية: الكفاءة والتسارع

المحرك الكهربائي هو عنصر تقني رئيسي آخر في المركبات الكهربائية. على عكس المركبات التي تعمل بمحركات احتراق داخلي، التي تحتاج إلى ناقل حركة لتنظيم القوة، تستخدم المركبات الكهربائية محركات كهربائية التي توفر الطاقة مباشرة إلى العجلات.

• كفاءة المحرك: عادةً ما تكون محركات المركبات الكهربائية أكثر من 90%  كفاءة، مقارنة بـ 25% إلى 30%  كفاءة في محركات الاحتراق الداخلي.
• العزم والتسارع:  تقدم المركبات الكهربائية عزم دوران فوري، مما يعني أنها يمكن أن تتسارع بسرعة أكبر من المركبات التي تعمل بالوقود. على سبيل المثال، يمكن لطراز تسلا موديل إس بلايد التسارع من 0 إلى 60 ميلًا في الساعة في أقل من 2 ثانية، وهو إنجاز كبير لأي مركبة إنتاجية.

الاتجاهات العالمية والإحصائيات المتعلقة بالسوق

يدعَم التحول العالمي نحو المركبات الكهربائية بدعم قوي من السياسات الحكومية، والتطورات التكنولوجية، وطلب المستهلكين المتزايد. إليكم بعض الإحصائيات الرئيسية:

1. نمو المبيعات:
   • شهد سوق المركبات الكهربائية نموًا كبيرًا. في عام 2020، تم بيع أكثر من 3 ملايين مركبة كهربائية على مستوى العالم، بزيادة قدرها 43%  عن عام 2019. وهذا يمثل حوالي 4% من إجمالي سوق السيارات العالمي.
   • بحلول 2030، من المتوقع أن ينمو سوق المركبات الكهربائية ليصل إلى 30% من إجمالي مبيعات السيارات، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية  (IEA)
2. اعتماد المركبات الكهربائية في الأسواق الكبرى:
   • أوروبا: في عام 2021، كانت الدول الأوروبية من بين الرائدة في اعتماد المركبات الكهربائية، حيث كانت النرويج قد شهدت نحو 50%  من جميع مبيعات السيارات الجديدة كسيارات كهربائية. وضعت الاتحاد الأوروبي أهدافًا طموحة لاعتماد المركبات الكهربائية، تهدف إلى وجود 30  مليون مركبة كهربائية على الطرق بحلول عام 2030
   • الصين: باعتبارها أكبر سوق للمركبات الكهربائية في العالم، مثلت الصين أكثر من 50% من إجمالي مبيعات المركبات الكهربائية في عام 2020. تهدف الصين إلى أن تشكل 25% من جميع المركبات المباعة المركبات الكهربائية بحلول 2025
   • الولايات المتحدة: شهدت الولايات المتحدة تبنيًا بطيئًا للمركبات الكهربائية، لكن المبيعات ترتفع بسرعة، مع شركات مثل تسلا وريفين ولوسيد موتورز التي تقود هذا التحول. اعتبارًا من عام 2021، تبلغ حصة سوق المركبات الكهربائية في الولايات المتحدة حوالي 2%، ولكن من المتوقع أن ترتفع بشكل كبير.

3. البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية:
   • اعتبارًا من عام 2021، هناك أكثر من 3 مليون نقطة شحن EV على مستوى العالم. الولايات المتحدة وحدها تحتوي على أكثر من 100,000 محطة شحن، مع متوسط 3.2  نقطة شحن لكل محطة.
   • من المتوقع أن يؤدي التوسع السريع في شبكات الشحن، إلى جانب التحسينات التكنولوجية في سرعة الشحن، إلى تسريع اعتماد المركبات الكهربائية بشكل أكبر.

السياسات الحكومية والحوافز التي تدفع نمو المركبات الكهربائية

تدعم الحكومات في جميع أنحاء العالم التحول إلى المركبات الكهربائية من خلال العديد من الحوافز:

1. المنح والائتمانات الضريبية:
   • تقدم العديد من البلدان حوافز مالية لتشجيع شراء المركبات الكهربائية. على سبيل المثال، في الولايات المتحدة، يمكن أن يصل الائتمان الضريبي الفيدرالي للمشترين إلى 7500 دولار.
   • تقدم دول مثل ألمانيا والنرويج أيضًا منحًا وقروضًا لتقليل تكلفة شراء المركبات الكهربائية.
2. أنظمة الانبعاثات:
   • أدت الأنظمة الأكثر صرامة بشأن الانبعاثات، لا سيما في أوروبا والصين، إلى ضرورة انتقال شركات السيارات إلى محركات كهربائية للامتثال للمعايير الأكثر صرامة بشأن الانبعاثات. يهدف الاتحاد الأوروبي إلى تقليل انبعاثات CO2 بنسبة 55%  بحلول عام 2030، مما يعزز تبني المركبات الكهربائية.
3. البنية التحتية للشحن:
   • تستثمر الحكومات أيضًا في البنية التحتية للشحن. على سبيل المثال، تعهد الاتحاد الأوروبي بتركيب مليون نقطة شحن للمركبات الكهربائية عبر القارة بحلول 2025

التطورات الأخيرة في تكنولوجيا المركبات الكهربائية

1. البطاريات الصلبة:
   • من المتوقع أن تحدث البطاريات الصلبة ثورة في المركبات الكهربائية من خلال توفير كثافة طاقة أكبر، وأوقات شحن أسرع، وسلامة محسّنة. تحقق شركات مثل تويوتا وكوانتوم سكيب تقدمًا كبيرًا في هذا المجال، مع إمكانية التصنيع في السنوات 5-10 القادمة.
2. المركبات الكهربائية ذاتية القيادة:
   • تدمج العديد من شركات السيارات تكنولوجيا القيادة الذاتية في مركباتها الكهربائية. شركات مثل تسلا ووييمو وكروز تقود الطريق، مع إمكانية وجود مركبات كهربائية ذاتية القيادة بالكامل في العقد القادم.
3. الشحن اللاسلكي:
   • أحد التطورات الجديدة في تكنولوجيا المركبات الكهربائية هو الشحن اللاسلكي (الاستقرائي). تسمح هذه التكنولوجيا للمركبات الكهربائية بالشحن دون الحاجة إلى وصلات فعلية، مما يحسن الراحة ويقلل من التآكل على منافذ الشحن. تقوم بي إم دبليو وأودي حاليًا باختبار أنظمة الشحن اللاسلكي.
4. تكنولوجيا المركبة إلى الشبكة (V2G)
   • تسمح تقنية V2G للمركبات الكهربائية ليس فقط بسحب الطاقة من الشبكة ولكن أيضًا بتزويد الشبكة بالطاقة خلال فترات الطلب المرتفع. يساعد ذلك في موازنة العرض والطلب في الشبكة مع السماح للمركبات الكهربائية بالعمل كأجهزة تخزين طاقة متحركة.

الخاتمة: الطريق أمام المركبات الكهربائية

المركبات الكهربائية ليست مجرد اتجاه بل هي تحول أساسي في قطاعات السيارات والطاقة. مع التقدم المستمر في تكنولوجيا البطاريات، والأنظمة الذاتية، والبنية التحتية للشحن، من المتوقع أن تصبح المركبات الكهربائية هي الشكل السائد للنقل في العقود القادمة. مع ارتفاع معدل اعتماد المركبات الكهربائية وتطور التقنيات، سيكون لتأثيرها على الانبعاثات العالمية واستخدام الطاقة وصناعة السيارات أثر عميق. المستقبل كهربائي، والطريق أمامنا مرصوف بشكل متزايد بحلول نظيفة وفعّالة ومبتكرة.