ما هي السيارة الهجينة؟
السيارة الهجينة هي السيارة التي تعمل بمحرك كهربائي واحد على الأقل، إضافة إلى محرك الاحتراق التقليدي، ويمكن لمنظومتها إعادة التزود بالطاقة مع نظم كبحٍ تحوِّل الطاقة الحركية التي تتبدد عادة على شكل حرارة إلى طاقة كهربائية أو ما يسمى بـ regenerative braking. يسهم كلا المحركين بدرجةٍ متفاوتة في تحريك السيارة، وفي بعض الأحيان يتولَّى المحرك الكهربائي القيام بكامل المهمة، وفي أحيان أخرى يعملان معًا لتحريك السيارة، وذلك بهدف الاقتصاد في استهلاك الوقود وزيادة أداء السيارة.

تأتي الطاقة الكهربائية من بطاريةٍ كهربائية ذات جهدٍ عالٍ منفصلةٍ عن البطارية التقليدية ذات الجهد 12 فولت، ويمكن شحنها خلال مرحلة تباطؤ السيارة عند تخفيف السرعة. وتَستعمل السيارةُ الهجينة محركَ الوقود في شحن البطارية الكهربائية؛ أي إن السيارة غير مزودة بمأخذ شحن خارجي. تعتمد شركات السيارات عدة تصاميم للسيارات الهجينة حسب المهمة المطلوبة، فمنها ما يركز على الاستهلاك الأمثلي للوقود، ومنها ما يركز على التكلفة المنخفضة في التصميم.

 
أنواع السيارات الهجينة
a)    السيارات الهجينة التفرعية Parallel Hybrid
في هذا التصميم الشائع يوصل المحرك الكهربائي على التوازي بمحرك الوقود في منظومة حركية تدمج مصدري الطاقة، وهذه المنظومة يمكن أن تكون آلية، أو يدوية، أو متغيرة باستمرار continuously variable transmission (CVT). من أهم نظم نقل الحركة هذه منظومة تقسيم الاستطاعة power-split المستعمَلة في سيارات مثل Toyota Prius و Chevrolet Volt. يعتبر نمط نقل الحركة وحجم محرك الوقود أهم العوامل المحددة لعملية تسارع وشكل وشعور القيادة في السيارة الهجينة. من الشركات التي تستعمل هذا التصميم الهجين شركة تويوتا، وليكزس، وهونداي، وكيا، وفورد، وهوندا، ولينكولن، ونيسان، وانفينيتي. يمكن لهذا النوع من السيارات الهجينة تشغيل السيارة على البطارية الكهربائية عندما يتطلب الأمر انبعاثًا معدومًا من ثنائي أكسيد الكربون ( في المدينة)، أو باستعمال محرك الوقود عند الحاجة إلى سرعات عالية أو إلى مسافات طويلة تمكِّن من شحن البطارية الكهربائية.

 

b)    السيارات الهجينة التسلسلية Series Hybrid
يقدم المحرك الكهربائي في هذا النوع من السيارات الهجينة كلَّ الدفع اللازم لحركة السيارة، ولا يوجد أي اتصال فيزيائي ميكانيكي مباشر بين محرك الوقود والعجلات، بل يقتصر دور محرك الوقود على شحن البطارية. ينتج عن ذلك قيادة أفضل وتسارع أقوى وأكثر سلاسةً في السيارة، ويكون الاهتزاز أقل عند تشغيل محرك الوقود في السيارة. وفي جميع الحالات لا يُشغَّل محرك الوقود دومًا بالتوافق مع حركة القدم اليمنى للسائق السيارة (نذكر بأن البطارية في هذا التصميم هي من يتحكم بذلك)، ويمكن أن يكون محرك الوقود في حالة تسارع في حين تسير السيارة بسرعة ثابتة، وقد يكون ذلك مربكًا لبعض السائقين. تعتبر سيارة BMW i3 مثالًا على هذا النوع من السيارات.

c)    السيارات الهجينة ذات التوصيل المباشر Plug-In Hybrid
في السيارات الهجينة ذات التوصيل المباشر Plug-In يُعزَّز التصميم التقليدي للسيارات الهجينة باعتماد بطارية ضخمة تُشحن من مصدر طاقة كهربائية خارجي في البيت أو المكتب أو محطة شحن عامة. تشبه هذه البطارية الضخمة خزان الوقود الكبير في السيارة التقليدية، وتزيد مسافة القيادة من 25 إلى 90 كيلومتر حسب النموذج، وتقلل استهلاك الوقود بدرجة ملحوظة؛ حيث تبلغ نسبة الاقتصاد في الوقود في هذا النوع من السيارات 40%، وتقلل انبعاث ثنائي أكسيد الكربون CO2 بنسبة 30%. يمكن لهذه السيارات الهجينة أن تكون من النوع التسلسلي أو التفرعي. فإذا كان بإمكانك الشحن ليلًا يصبح بمقدورك القيادة طوال النهار. تعتبر سيارة Chrysler Pacifica أحد الأمثلة على هذا النوع من السيارات الهجينة ذات التوصيل المباشر.

 
d)    السيارات الهجينة الخفيفة Mild Hybrids
تعتبر النماذج السابقة للسيارات الهجينة نموذجًا هجينًا بالكامل؛ إي بإمكان المحرك الكهربائي تحريك السيارة وحده، ولو لمسافة قصيرة. أما في السيارات الهجينة الخفيفة mild hybrid أو ما يعرف بالهجينة 48Volts فهذا الأمر غير ممكن. ففي السيارات الهجينة الخفيفة لا يمكن للمحرك الكهربائي تحريك السيارة، بل يقتصر دوره في مؤازرة محرك الوقود لتقليل استهلاك الوقود أو لزيادة الكفاءة أو لكليهما معًا. ويُستفاد من المحرك الكهربائي في إقلاع السيارة ضمن منظومة الإقلاع والتوقف الآلي للسيارة التي توقف عمل المحرك خلال فترة راحة السيارة للاقتصاد في استهلاك الوقود. حيث تبلغ نسبة الاقتصاد في الوقود في هذا النوع من السيارات 10% وتقلِّل انبعاث ثنائي أكسيد الكربون CO2 بنسبة 10% أيضًا.

كان من المتوقع أن تكون السيارات الهجينة الخفيفة من النمط السابق أرخص وأسرع من جهة توفُّر تقانة السيارات الهجينة في السوق، ولكنها لا تقلِّل من استهلاك الوقود، كما هي الحال في السيارات الهجينة. لذلك لم تَحْظَ بشعبية كبيرة في السوق كالسيارات الهجينة. ظهر حديثًا هذا النمط من السيارات في سيارات Ram 1500، و Mercedes-Benz E-class، و Audi A6 A7 A8.
تطبِّق شركات تصنيع السيارات النظامَ الهجين الخفيف في النماذج الجديدة. وستكون جميع السيارات في المستقبل القريب سياراتٍ هجينةً لدرجة أن الجواب على سؤال: ما هي السيارة الهجينة؟ هو ببساطة: كل السيارات!
 

تعديلات في سمات السيارة الهجينة
بعد مرور عشرين سنة من التطوير المستمر في مجال السيارات الهجينة أصبحت الإجابة على سؤال: ”ما هي السيارة الهجينة؟“ أمرًا معقدًا؛ فعلى سبيل المثال تصميم سيارة هوندا Honda الهجينة لا يمكن تصنيفها بدقة ضمن التصنيف السابق (على التسلسل أو على التوازي)؛ ففي هذا التصميم يشغِّل المحركُ المولِّدَ طوال الوقت كما في نمط السيارات الهجينة التسلسلية، ولكن في بعض الأوقات يمكن للمحرك تحريك العجلات بشكل مباشر كما في السيارات الهجينة التفرعية. وهناك السيارات المسماة السيارات الهجينة على الطريق through-the-road hybrids من شركة فولفو التي تَستعمل - كما في سيارات التوصيل المباشر - محركًا تقليديًّا للدفع الأمامي مصحوبًا بمحور خلفي يعمل بالطاقة الكهربائية. وهناك أيضًا النماذج Acura NSX, BMW i8, Porsche 918 Spyder التي تعمل بطريقة مشابهة، ولكن يختلف فيها موقع المحور الكهربائي الأمامي.

هل السيارة الهجينة صديقة للبيئة؟
للإجابة عن هذا السؤال ومعرفة الأثر البيئي للسيارة الهجينة يجب الأخذ في الحسبان كمية غاز ثنائي أكسيد الكربون CO₂ المنبعثة خلال كامل سلسلة التصنيع واستعمال السيارة الهجينة وليس فقط خلال مرحلة الاستعمال، وهذا الأمر يغيّر المعادلة بشكل ملحوظ، إذ تعتبر عملية تصنيع بطاريات السيارة الكهربائية ملوِّثة للبيئة. يبين المخطط الآتي انبعاث غاز ثنائي أكسيد الكربون مقدرًا بـ g/km حسب نمط السيارة، ونلاحظ أن كمية الغاز المنبعثة عند تصنيع السيارات لم تتغير كثيرًا. وبالمقارنة نجد أن الانخفاض في الكمية المنبعثة ناجم عن مرحلة استعمال السيارة.

 

كمية غاز ثنائي أكسيد الكربون المنبعثة المتوقعة لعام ٢٠٣٠ والمقدرة في حالة سيارة من الفئة المتوسطة A ضمن المدينة (SCIENCE&VIE 1213)
 

 
يقول الخبراء في مجال الطاقة إن تصنيع بطارية يكافئ بيئيًّا حرق 1900L من الوقود. ومع أن الأرقام تدل على أن السيارات الكهربائية قلَّلت من الانبعاثات بالنسبة إلى المسافة المقطوعة إلا أنها تصبح ذات جدوى بعد أن تقطع السيارة مسافة 150 ألف كيلومتر لتعويض كمية الانبعاث الناتجة عن تصنيع بطاريتها (أي ما يعادل 5 طن من CO₂)، وهذا ما يعادل زمنيًّا بالنسبة إلى سائقٍ أوربي (ألمانيا مثلًا) قرابة 10 إلى 12 سنة من عمل السيارة.

المراجع
 

https://www.pourlascience.fr/sd/environnement/les-voitures-electriques-sont-elles-ecologiques-15011.php
Magazine Science et Vie N1213 Octobre 2018
https://www.caranddriver.com/features/a26390899/what-is-hybrid-car
https://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_vehicle