بقلم :الدكتور سمير على خبير السيارات
تتجه معظم شركات السيارات الى إيجاد حلول فعالة وغير تقليدية وذلك للوصول إلى أدنى مستويات ممكنة من معدلات استهلاك الوقود وكذلك نسب التلوث من غازات العادم بالإضافة الى مشكلة التكدس المروري في شوارع المدن الكبرى حيث تزداد حدتها مع الزيادة السكانية مع الحفاظ على تصميمات جذابة تعكس روح المستقبل. وذلك تلبية للمواصفات الصارمة التي فرضتها دول العالم المتقدمة للحد من الأثار السلبية لها خلال مدة قصيرة خاصة بعدما تأكد أن هناك انخفاض كبير في احتياطي البترول على مستوى العالم الأمر الذي يؤدي الى عدم استقرار انتاجه وحدوث تقلبات كثيرة في أسعاره و بالتالي ضرورة الحصول على بدائل نظيفة للوقود لتلبية الطلب المتزايد على شراء السيارات نتيجة للزيادة السكانية على مستوى العالم وما يتبعه من زيادة استهلاك الوقود و زيادة كبيرة في الزحام المروري الذي يصل الى حدود الاختناق في معظم أوقات اليوم بالإضافة الى المشاكل الخطيرة والمزمنة الناتجة عن التلوث من انبعاثات غازات العادم من السيارات خاصة في المدن ذات الكثافة السكانية المرتفعة.
وحيث أن الوصول إلى هذه المعدلات الصارمة وإيجاد حلول فعالة لهذه التحديات يستلزم تطورا هائلا ومختلفا في تصميم المحركات والسيارات مع خفض كبير في الوزن الاجمالي للسيارة. لذلك اتجهت معظم شركات السيارات الكبيرة إلى تحقيق طفرة كبيرة في تصميم سيارات المستقبل بحيث تكون جذابة وفي نفس الوقت متعددة الإمكانيات والقدرات مع الوصول الى أقل معدلات للتلوث من هذه السيارات. وسوف نستعرض مع حضراتكم أهم ما توصلت إليه شركات السيارات العالمية من تصاميم غير تقليدية لسيارات المستقبل مع تفادي الخوض في التفاصيل الفنية والهندسية وقد كان ذلك في عدة اتجاهات ومن أهمها:
أولا: خطة للمستقبل القريب للوصول الى خفض سريع لاستهلاك الوقود وانبعاثات التلوث.
لقد قامت كبرى شركات السيارات بإجراء أبحاث عديدة وإنفاق المليارات لتطوير محركات “خلية الوقود” التي تعمل بالهيدروجين والتي لا ينتج عنها أي نسبة تلوث من غازات أول أو ثاني أكسيد الكربون لأن العادم من هذه المحركات يخرج على شكل بخار ماء فقط.
وقد احتلت شركات تويوتا وهوندا وهيونداي المراكز الثلاثة الأولى في هذه التكنولوجيا المعقدة. وبالرغم من أن هذه الشركات استطاعت خفض قيمة السيارة التي تعمل بهذه التكنولوجيا في عام 2017 بحوالي 80 % عن مثيلاتها في عام 2002 وبغض النظر عن التكلفة العالية المطلوبة لإعداد البنية التحتية لإنتاج و توزيع وقود الهيدروجين إلا أن هذا النوع من الوقود مازال يحتاج الى المزيد من الأبحاث حيث وجد أن الفاقد من الطاقة اللازمة لإنتاج الهيدروجين كوقود لهذه السيارات يصل من 60% الى 70 % كما وجد أيضا أن تكلفة الطاقة الكهربية اللازمة لحركة هذا النوع من السيارات لمسافة كيلومتر واحد تعادل ثلاثة أضعاف تكلفة الطاقة اللازمة لتحريك السيارة الكهربية العادية لنفس المسافة.
وبناء على ذلك وبالرغم من الدعم القوي من حكومات الدول المتقدمة لهذه التكنولوجيا فإننا نتوقع أن نرى المزيد من هذه السيارات في عام 2030 حيث توصلت الأبحاث الى أن انتاج هذا النوع من السيارات سوف يكون اقتصاديا عندما تنخفض تكلفة انتاج “الكيلو وات” (وحدة قياس قدرة المحرك) إلى 50 دولار أمريكي أو أقل. وعندها يتوقع خبراء السيارات أن نرى العديد منها يغزو أسواق السيارات حول العالم. علما بأن أقل تكلفة لإنتاج “الكيلو وات” حاليا قد وصلت الى حوالي 125 دولار أمريكي والتي مازالت مرتفعة لإنتاج سيارة اقتصادية من هذا النوع.
لذلك كانت هذه الأسباب هي الدافع الرئيسي لتركيز الأبحاث على تطوير السيارات الكهربية العادية كحل سريع ومناسب للمشاكل المذكورة سابقا على المدى القريب عن طريق إيجاد حلول عملية للتغلب على أهم مشاكلها والتي كان من أهمها خفض وزن وحجم وتكلفة البطارية لهذه السيارات وكذلك خفض زمن إعادة شحن البطارية مع زيادة عمر التشغيل والمسافة المقطوعة بها قبل الحاجة لإعادة شحنها. كما أن هذا النوع من السيارات له ميزة عظيمة جدا حيث لا تصدر عنه أي نوع من الضوضاء وبالتالي يتلاشى مستوى التلوث السمعي في المدن المزدحمة الناتج عن هذا النوع من السيارات أيضا والذي يسبب العديد من المشاكل الصحية والعصبية.
وقد جاءت احدى شركات السيارات اليابانية الكبرى في مقدمة جميع شركات السيارات الأخرى في اختراع بطارية جديدة “صلبة” أي أنها تعمل بدون “استخدام سوائل” بداخلها والتوصل إلى خفض وزن البطارية الجديدة بنسبة 50% عن وزن البطاريات الحالية مع زيادة المسافة المقطوعة بها إلى ما يتخطى حاجز 300 كم. وقد تم الإعلان عن هذا الإنجاز منذ عدة أيام فقط. وكان من أهم خصائص البطارية الجديدة هو انخفاض زمن إعادة شحن البطارية الى أقل من ساعتين فقط بعد أن كانت تحتاج إلى 8 ساعات في المتوسط الأمر الذي كان يمثل مشكلة كبيرة لمستخدم السيارة إذا احتاج لشحن البطارية خاصة إذا كان لا يستطيع توفير الوقت الكافي للشحن أثناء حركته اليومية بالسيارة.
وبالرغم من المزايا العظيمة للسيارات الكهربية سواء من الناحية الاقتصادية أو البيئية أو الصحية إلا أننا لا نتوقع أن نرى العديد منها في السوق المصري أو في الدول النامية أو التي تعاني من مشاكل اقتصادية بصفة عامة بالرغم من انتشارها بشكل واسع في الدول المتقدمة لأنها لا تحصل على الدعم اللازم من حكومات هذه الدول مثل باقي الدول المتقدمة التي ألغت الجمارك تماما على هذا النوع من السيارات بالإضافة إلى تجهيز شبكة قومية لتوفير منافذ طاقة في الأماكن العامة لإمكانية شحن السيارات في أي زمان ومكان كأحد أسباب انتشارها بنسبة كبيرة في سوق السيارات.
وتخفيفا للتلوث البيئي قدر الإمكان خاصة في الدول النامية التي مازالت تعتمد بشكل رئيسي على استخدام الوقود البترولي وتحتاج الى المزيد من الوقت والاستثمارات لانتشار السيارات الكهربية لديها، خاصة أن تلوث البيئة مشكلة عابرة للقارات وممتدة الأثر على المناخ العالمي، استمرت الشركات في تطوير السيارات التي تعمل بالوقود والكهرباء معا “السيارات الهجين” وكذلك التوسع في إنتاج السيارات ذات الشاحن التوربيني (Turbo Charger) حيث يتم استبدال المحركات الكبيرة الحجم بأخرى صغيرة مع تزويد المحركات الصغيرة بنظام الشاحن التوربيني بحيث نحصل على نفس أداء المحرك الأكبر لكن مع خفض ملحوظ في استهلاك الوقود والتلوث وخاصة بعد الاستعانة بالوسائل التكنولوجية الحديثة لمعالجة أهم عيوب الشاحن التوربيني السابقة خاصة في محركات البنزين حيث جاءت نتائج الأبحاث لتثبت أن استخدام الشاحن التوربيني يزيد القدرة النوعية للمحرك بحوالي من 15 % الى 40 %. وقد بدأنا بالفعل في رؤية هذا النوع من السيارات ينتشر في السوق المصري مؤخرا.
وأما بالنسبة لمشكلة الزحام المروري والذي ينتج عنه أثار سلبية على كل من الاقتصاد والصحة العامة حيث أنه يعد من أعلى مصادر التلوث واستهلاك الوقود بل يمكن القول بأنه السبب الرئيسي في ارتفاع معدلات التلوث واستهلاك الوقود، فقد توصلت أبحاث شركات السيارات إلى حلول مبتكرة من خارج الصندوق وبتصميمات رائعة وإمكانيات متطورة فوق العادة تماما تعكس النظرة المستقبلية للسيارات. وقد تركزت نتائج هذه الأبحاث أيضا على اتجاهين أحدهما للمستقبل القريب وأخر للمستقبل البعيد حتى عام 2030 على الأقل.
ومن أهم هذه الانجازات هي التوسع في أنتاج سيارات بحجم صغير تتسع لراكب واحد أو اثنين على الأكثر وجاء بعضها بثلاث عجلات أيضا مع استخدام نفس المحركات المتطورة التي ذكرناها سابقا سواء التي تعمل بالكهرباء أو المزودة بشاحن توربيني أو الهجين بحيث لا تشغل مساحة كبيرة من الطريق وكذلك يسهل إيجاد مكان انتظار لها في الطرق الضيقة والمزدحمة دون أن تشغل حيز كبير من الطرق حيث وصل عرض بعض هذه السيارات إلى 85 سم فقط وقطر الدوران لا يتعدى ثلاثة أمتار. وبالرغم من صغر حجم السيارة إلا أنها مزودة بالعديد من أنظمة التكنولوجيا والرفاهية الحديثة.
وأما الاتجاه الأهم والمبتكر في تخفيف حدة الزحام المروري فهو تطوير سيارات متعددة المهام وبتكنولوجيا متقدمة جدا حيث اتجهت الأبحاث العلمية إلى تطوير “سيارات الأحلام” التي كانت تظهر في أفلام السنيما القديمة عندما كنا نرى بطل الفيلم يبهرنا بتحويل سيارته إلى طائرة أحيانا أو إلى برمائية أو غواصة أحيانا أخرى. إلا أن هذا الحلم قد تحول إلى واقع الأن وقد بدأت شركات عديدة في تطوير هذا النوع من السيارات ووصلت الى نتائج مبهرة في هذا الاتجاه.
فقد قام العديد من شركات السيارات وبالتعاون مع بعض شركات تصنيع الطائرات بابتكار تقنية جديدة تهدف إلى صنع مركبة يمكنها الطيران بطريقة تشبه الطائرة المروحية وبمقعد واحد وبأبعاد مناسبة بحيث يمكن وضعها في مرآب السيارات العادية وقد ظهرت بالفعل بعض النماذج الأولية هذا العام إلا أن معظمها مازال تحت التطوير ومن المتوقع ظهور النسخة النهائية خلال عام 2021.
ونعيش في زمن تقترب فيه السيارات ذاتية التحكم من المستوى الخامس لأن تصبح حقيقة واقعية، حيث تسعى أكثر من شركة لإيصال البشر إلى المريخ.
فهل من الممكن أن نرى السماء قريبا تعج بالسيارات الطائرة؟ الإجابة في الحقيقة لن تذهلك كثيرا خاصة لو علمت أن شركة “إيرباص” لصناعة الطائرات تخطط لاختبار نموذج أولي لن يكون لسيارة طائرة فحسب بل لسيارة طائرة ذاتية التحكم.
ويهدف المشروع الذي أطلق عليه اسم مشروع “فاهانا” إلى نقل الناس في سيارة ذاتية التحكم لها شكل المروحية وقادرة على حمل العديد من الركاب في جولات جوية مكوكية.
وتهدف هذه التكنولوجيا إلى منح الركاب والمسافرين بشكل يومي إلى أعمالهم خيارا لتجنب الطرق المزدحمة بشكل متزايد ببساطة من خلال حجز مقعد على متن سيارة أجرة للنقل الجوي أو قيادة إحدى السيارات الطائرة.
ويحرص أكبر صانع تجاري في العالم للمروحيات، على توظيف التكنولوجيا النظيفة في تطوير هذه السيارة كي لا تؤدي إلى زيادة التلوث في المناطق السكنية، كما أنها ستساعد في تخفيض كلفة تطوير البنية التحتية حيث لن يتوجب على المدن الاستثمار في مشاريع البناء المكلفة للطرق والجسور.
وأعلنت إيرباص أنها الآن في مرحلة التجريب، وأنها تأخذ هذا التطوير على محمل الجد ولتحقيق ذلك تأمل الشركة بأن تكون السيارة متاحة للرحلات الجوية قصيرة المدى بحلول العام 2021 ما يعني أن نموذجاً أولياً، ينبغي أن يكون جاهزاً هذا العام 2017.
علما بأن إيرباص ليست الشركة الوحيدة التي تتطلع إلى تطبيق مفهوم تقاسم الركوب في الجو.
وفي منتصف عام 2016 قامت شركة آيرو موبيل، بكشف النقاب عن سيارة مصممة للنقل البري وقادرة على الطيران وأعلنت الشركة أنها تعتزم تسويق السيارة بحلول العام 2018. وتخطط الشركة لاستخدام مراوح خاصة أخف بكثير من مراوح ألياف الكربون ومقاومة للصدمات وهذا النوع من السيارات يمكنه الطيران بالقرب من الأرض على ارتفاع يبلغ مترين.
ومن أهم مميزات السيارة الطائرة:
- طائرة للركاب وقد لا تحتاج إلى طيار في حالة تزويدها بنظام القيادة الذاتية والذكاء الصناعي.
- قادرة على حمل 500 كيلو غرام.
- يمكنها الطيران بسرعات تصل الى 180 كم/ ساعة ولكن مزيد من الأبحاث تجري للوصول إلى سرعات تتراوح ما بين 320 إلى 480 كيلومترا في الساعة.
- التقليل من تكاليف البنية التحتية للمدن فلن تكون هناك حاجة لضخ مليارات في بناء جسور خرسانية وطرق في الناطق الوعرة أو المستنقعات.
- تتمتع بمحرك توربيني أو كهربائي صغير ينتج الكثير من الطاقة ويستخدم كمولد لها.
- تساهم في حل أزمة الازدحام المروري.
- تساهم في تخفيض تكاليف السفر وتخفيف قيود الحركة الجوية.
وفي حين أن معظم التصميمات التي تم تنفيذها بالفعل للسيارة الطائرة تمت بمقعد واحد إلا أن التحدي الجديد هو زيادة عدد المقاعد إلى اثنين أو أكثر خلال الأربعة أعوام القادمة ولتحقيق ذلك يتطلع الباحثون إلى تصميم محرك كهربائي مع مولد كهربائي وبطارية خفيفة الوزن على متن السيارة الطائرة الجديدة بحيث نضمن مصدر طاقة مستمر للسيارة وكذلك نتفادى أي تلوث للبيئة خاصة أثناء الطيران.
إلا أن أحد أهم التحديات التي مازالت قيد البحث فهو مدى ارتفاع السيارة عن الأرض أثناء الطيران وأما من ناحية السلامة فيعمل الباحثون على تدعيم وسائل الأمان بالسيارة الطائرة خاصة إذا تعطل المحرك أو نفاذ شحن البطارية أو حتى في الظروف الجوية القاسية بحيث إن المستخدم سيتمكن من تنفيذ هبوط آمن بالإضافة إلى توفير نظام القيادة الألية (Auto Pilot) مع تطوير نظام منع التصادم وتصنيع الهيكل السفلي من معادن قوية وخفيفة الوزن في نفس الوقت مع إضافة وسائل حماية مثل الوسائد الهوائية.
ونتوقع أن نرى العديد من النماذج التجارية لهذه السيارات تغزو أسواق الدول المتقدمة اعتبارا من عام 2021 ولكن يبقى السؤال المهم عن سعر هذا النوع من السيارات؟
وأما الاتجاه الأخر فهو استخدام البحر بدلا من الجو من خلال تطوير صناعة “السيارات البرمائية” التي يمكن قيادتها على البر وفي البحر على حد سواء والتي تصل سرعتها القصوى حاليا في المياه إلى 130 كم في الساعة بينما يمكن أن تصل سرعتها إلى 300 كم في الساعة على البر.
ويعتمد تصميم السيارة البرمائية على محرك قوي يستطيع توفير الطاقة اللازمة للوصول إلى السرعات المذكورة برا وبحرا وعندما تتحول السيارة إلى مركبة مائية ترفع العجلات بشكل عمودي إلى مستوى غطاء المحرك لتقليل مقاومة الماء لحركة السيارة.
ويتم تصنيع الهيكل الخارجي من مادة الألمونيوم المصقول والفولاذ المقاوم للصدأ، أما التصميم الداخلي فيغلب عليه الأناقة مثل السيارات الفارهة مع إضافة أحدث أنظمة السلامة والأمان وبالطبع بأحدث ما وصلت إليه تكنولوجيا المستقبل.
وتعمل السيارة في الماء عن طريق تجويف في أسفل السيارة يسحب المياه إلى الداخل، ودفعها من
فوهة في مؤخرة السيارة تشبه تقريبا الموجودة في مؤخرة الطائرات لدفع السيارة إلى الأمام.
ويعد هذا النوع من السيارات هو الأقرب للتنفيذ بشكل تجاري لأنه لا يواجه نفس التحديات والمشاكل التي تواجه السيارة الطائرة وخاصة عند حدوث أعطال في المحرك أو البطارية الرئيسية للسيارة أثناء وجودها في الماء كما أن هناك تاريخ طويل وخبرة ثرية جدا في تطوير هذا النوع من البرمائيات وخاصة في الاستخدامات الحربية لدرجة أن بعض الشركات تعمل الأن على تطوير هذا النوع السيارات بحيث تعمل على شكل “غواصة” أيضا وقد ظهرت بعض النماذج التجريبية المتطورة والتي تبشر بنتائج فعالة. والمشكلة الأساسية الأن هي أيضا تكلفة هذا النوع من السيارات الذي يتخطى حاجز الثلاثة ملايين جنيه مصري إضافة الى الحاجة الى تطبيق تدريب عالي المستوى لقائدي هذه الأنواع من السيارات خاصة الطائرة منها مع نظام مروري صارم للالتزام بتعليمات السلامة والأمان أثناء الطيران.
