آيا ساخت خودروي آب سوز ممكن است؟

ادعاي اختراع ماشيني كه از آب به‌عنوان سوخت استفاده كند، موضوع جديدي نيست و تاكنون افراد بسياري در سرتاسر جهان مدعي ساخت چنين خودرويي شده‌اند. در يكي از جديد‌ترين نسخه‌ها از اين سري داستان‌هاي عامه‌پسند (كه اين بار از قضا وطني است)، چند سال پيش مخترعي جوان با ادعاي ساخت خودروي آب‌سوز، توانسته بود توجه رسانه‌اي زيادي را به سمت خود جلب كند. همان زمان در اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايران به‌تفصيل به مطالعه اين ادعا پرداختيم.  

پس از افزايش ارزش بنزين و دور جديد سهميه‌بندي سوخت در هفته‌هاي گذشته، داستان آبسوز كردن خودرو بار ديگر سر زبان‌ها افتاده است. در متن يكي از خبرگزاري‌ها كه ظاهرا به منبع اصلي رسانه‌ها در ماجراي «سامانه‌ي آبسوز» در چند روز اخير تبديل شده آمده است:

پيش از اين در قالب ميزگردي، ميزبان يكي  از مبتكران كشورمان بوديم كه موفق به ابداع سامانه‌اي شده است كه با نصب به‌روي خودروهاي مختلف، امكان استفاده از «آب» به‌جاي بنزين را فراهم مي‌كند! «آبسوز» كردن خودروها، اختراعي است كه به‌گفته‌ي اين مخترع مي‌تواند منجر به ايجاد تحولي اساسي در دنيا و در حوزه‌ي حمل‌ونقل شود.امروز، پس از گذشت حدود ۳ سال از اعلام مختصات ابتدايي اين ابداع، دست‌اندركاران اين پروژه، ثبت‌نام از متقاضيان براي نصب سامانه آبسوز به‌روي خودروهاي شخصي را آغاز كرده‌اند. دست‌اندركاران اين پروژه اعلام كرده‌اند نصب سامانه آبسوز به‌روي خودروهاي شخصي در ابتدا به‌صورت ۵۰ درصد آب و ۵۰ درصد بنزين خواهد بود كه در فازهاي بعدي سامانه‌هاي ۷۵ درصد و نهايتاً ۱۰۰ درصد ارائه خواهد شد.

اما داستان خودروي آبسوز ايراني از كجا آغاز شد و چقدر حقيقت دارد؟

به گزارش پرس تي‌وي، مخترع ايراني عضو كانون ملي نخبگان جوان، در اسفند ۱۳۹۴ براي نخستين بار از خودروي آب سوز خود در «پانزدهمين نمايشگاه بين‎المللي محيط زيست ايران» رونمايي كرده است. اين مخترع جوان ضمن ادعاي ثبت جهاني اختراعش، درباره‌ي خودروي آب‌سوز خود اين‌گونه توضيح مي‌دهد:

اين خودرو با آب كار مي‎كند و كاملا دوستدار محيط زيست است. براي استفاده از آب به‌جاي بنزين و گازوئيل در اين خودرو، نيازي به تعويض كليات خودرو نيست و اين جا‎به‎جايي سوخت با هزينه‌ي‌ بسيار اندك امكان‌پذير است. ... خروجي اين خودرو بخار است و هيچ‎گونه آلودگي محيط زيست به‌همراه ندارد. در هر يك ليتر بنزين، ۲۹ مگاژول انرژي توليد مي‎شود؛ درحالي‌كه با هر يك ليتر آب ۹۶ مگاژول انرژي توليد خواهد شد. ... ۶۰ ليتر آب در مخزن سوخت خودرو ريخته مي‎شود كه ۹۰۰ كيلومتر مسافت را در مدت ۱۰ ساعت طي مي‎كند.

توجه رسانه‌ها و شبكه‌هاي اجتماعي به خودروي آب‌سوز اين مخترع، پس از حضور او در يكي از برنامه‌هاي صبحگاهي سيما سير صعودي به خود گرفت. در اين برنامه ادعا شد كه خودروي آب‌سوز ايراني حتي با «آب شور دريا و پسماند» نيز كار مي‌كند و مي‌توان با صرف مبلغ ۶۰۰ هزار تومان، يك خودروي بنزيني را آب‌سوز كرد.

هم‌اكنون مخترع جوان كشورمان با فعاليت گسترده در تلگرام، آپارات و اينستاگرام، وارد فاز جذب سرمايه شده است كه اين موضوع اهميت مطالعه ادعاي او را دوچندان مي‌كند.

خودروي آب‌سوز به ماشيني گفته مي‌شود كه از لحاظ انديشه متخصصيني، انرژي خود را به‌طور مستقيم از آب تأمين مي‌كند. شايد براي رفع ابهام و روشن‌تر شدن منظور، بهتر باشد ابتدا مشخص كنيم كه به چه خودروهايي آب‌سوز گفته نمي‌شود.

• خودروهايي كه با تزريق آب به محفظه‌ي احتراق و تركيب آن با مخلوط سوخت-هوا، از آن براي افزايش نسبت تراكم و كاهش لگد موتور استفاده مي‌كنند.
• خودروهاي هيدروژني كه در آن‌ها هيدروژنِ مصرفي با استفاده از الكتريسيته و طي فرايند الكتروليز، از آب به دست مي‌آيد. در اين خودروها نيز نه آبي وارد موتور مي‌شود و نه از آب براي توليد انرژي استفاده مي‌شود؛ بلكه هيدروژن تنها «حامل» انرژي است كه طي فرايند «الكتروليز»، صرف جداسازي اكسيژن و هيدروژن شده است. در حقيقت تنها فلسفه‌ي وجودي خودروهاي هيدروژني، چگالي بالاتر انرژي ذخيره‌شده در هيدروژن نسبت به باتري‌هاي فعلي است. پيش‌بيني مي‌شود كه در آينده‌اي نه‌چندان دور، با پيشرفت تكنولوژي و افزايش ظرفيت ذخيره‌ي انرژي باتري‌ها، خودروهاي هيدروژني موضوعيت خود را به‌طور كامل از دست بدهند.
• خودروهايي كه در آن‌ها براي بهينه‌تر شدن مصرف انرژي، پايين آمدن ارزش سوخت و كاهش آلايندگي خودرو، مقداري هيدروژن به سوخت متداول هيدروكربني اضافه مي‌شود. به اين تكنيك «بهينه‌كردن سوخت با استفاده از هيدروژن» گفته مي‌شود.

با نگاهي مختصر به مطالب و ويدئوهاي منتشرشده از خودروي ساخت مخترع ايراني (بخصوص تزريق مستقيم آب شرب خانگي از طريق شيلنگ به باك خودرو)، مشخص مي‌شود كه خودروي ادعايي او در هيچ‌كدام از سه دسته‌ي بالا نمي‌گنجد و با تعريف كلاسيك خودروي آب‌سوز (Water-fuelled car) كه در ابتدا به آن اشاره كرديم، كاملا هماهنگ است.

بنا به قوانين حاكم بر دنياي فيزيك، هيچ‌گونه راهي براي استخراج انرژي از آب وجود ندارد. آب به خودي خود، از لحاظ ترموديناميكي مولكولي به‌شدت پايدار محسوب مي‌شود و به دليل پيوند شيميايي بسيار محكم بين هيدروژن و اكسيژن، آنتالپي تشكيل آن منفي (برابر با ۲۸۵.۸- كيلوژول بر مول) است. اين يعني براي شكستن پيوند بين اتم‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي يك ليتر آب، بايد تقريبا برابر با ميزان انرژي مصرفي يك انسان بالغ در طول روز (حدود ۲۵۰۰ كيلوكالري) انرژي صرف كنيد.

اولين خودروي آب‌سوز دنيا توسط چارلز گرت در سال ۱۹۳۵ معرفي شد. باتوجه به پتنت ثبت شده توسط او در همان سال، خودروي او از طريق الكتروليز هيدروژن مورد نياز خود را تأمين مي‌كرد. پتنت گرت خودرويي را نشان مي‌داد كه در آن از يك متخصصاتور داراي شناور استفاده مي‌شد؛ با اين تفاوت كه در قسمت پاييني متخصصاتور خودروي گرت، صفحات الكتروليز قرار گرفته بود. پتنت گرت نتوانست به‌عنوان منبع جديدي از انرژي به ثبت برسد.

در دهه‌ي ۸۰ ميلادي، استنلي مير مباحثه بر سر خودروهاي آب سوز را بار ديگر بر سر زبان‌ها انداخت. او ابتدا ادعا مي‌كرد كه در طرح پيشنهادي‌اش، شمع ماشين توسط قطعه‌اي با نام «Water splitter» جايگزين مي‌شود و با ثابت ماندن ديگر اجزاي موتور، به‌راحتي مي‌توان از آب براي به حركت در آوردن خودرو استفاده كرد. بعدها او ادعاي خود را اين‌گونه تغيير داد كه با استفاده از يك پيل سوختي و به روش رزونانس الكتريكي، بخار آب به عناصر تشكيل‌دهنده‌اش تجزيه مي‌شود. سپس در محفظه‌ي احتراق موتور، با تركيب دوباره‌ي عناصر هيدروژن و اكسيژن و تبديل آن‌ها به آب، انرژي مورد نياز خودرو تأمين مي‌شود.

طرح پيل سوختي آبي استنلي مير

ادعاهاي مير هيچگاه به اثبات نرسيد و در نهايت در سال ۱۹۹۶، دادگاهي در اوهايو او را به جرم كلاهبرداري محكوم كرد.

در سال ۲۰۰۲ شركتي با نام Genesis World Energy ادعا كرد كه دستگاهي با قابليت گرفتن انرژي از آب، از طريق جداسازي و تركيب مجدد هيدروژن و اكسيژن، ساخته است. جنسيس ورلد انرژي در سال ۲۰۰۳ اعلام كرد كه تكنولوژي آن‌ها آماده‌ي استفاده در خودروها است و به اين ترتيب موفق به جذب سرمايه‌ي ۲.۵ ميليون دلاري شد؛ اما دستگاه ادعايي آن‌ها هيچگاه رنگ واقعيت به خود نديد.

در نهايت پاتريك كلي، بنيان‌گذار شركت، در سال ۲۰۱۶ به دليل كلاهبرداري و دزدي در دادگاهي در نيوجرسي به پرداخت ۴۰۰ هزار دلار جريمه و گذراندن ۵ سال در زندان محكوم شد.

آغا وقار احمد، مخترع پاكستاني خودروي آب سوز

احمد براي ثبت پتنت در پاكستان اقدام كرده است؛ اما به عقيده‌ي دانشمندان پاكستاني، اختراع او به دليل نقض قوانين ترموديناميك، چيزي جز كلاهبرداري نيست.

باتوجه به اشاره‌ي مكرر مدعيان ساخت خودروهاي آب‌سوز به استفاده از آب براي تأمين سوخت موشك، لازم است گريزي به «علم موشكي» بزنيم.

ناسا (و ديگر سازمان‌ها و شركت‌هاي فضايي) براي فرستادن كاوشگر يا محموله به خارج از جو زمين، معمولا از هيدروژن مايع به‌عنوان سوخت در راكت‌هاي خود استفاده مي‌كنند. جالب است بدانيد آژانس‌هاي فضايي و شركت‌هاي ساخت موشك (مانند اسپيس ايكس) از گاز طبيعي براي توليد هيدروژن مورد نياز خود استفاده مي‌كنند، نه آب (براي آشنايي با هيدروژن مايع مي‌توانيد نگاهي به اين مطلب در سايت ناسا بيندازيد).

اما بياييد فرض كنيم هيدروژن مورد استفاده در راكت‌ها طي فرايند الكتروليز از آب به دست مي‌آيد. حتي در اين صورت نيز نمي‌توان گفت شركت‌هاي فضايي موفق به استخراج انرژي از آب شده‌اند. درواقع منبع اصلي انرژي كه باعث مي‌شود يك راكت از جو زمين خارج شود، الكتريسيته‌اي است كه طي فرايند الكتروليز فرضي، از آن براي جداسازي اتم‌هاي آب استفاده شده است. در اين ميان، هيدروژن تنها نقش حامل انرژي را بر عهده دارد. باتوجه به روش به دست آمدن الكتريسيته‌ي مورد نياز در فرايند الكتروليز، منبع اصلي انرژي موشك درواقع ممكن است هر سوختي (از جمله سوخت‌هاي فسيلي يا اتمي) باشد.

تمامي آنچه در بخش‌هاي بالا گفته شد، در مورد خودروهاي هيدروژني و پيل‌هاي سوختي نيز صادق است. منبع اصلي انرژي چنين خودروهايي، سوختي است كه از آن براي توليد هيدروژن استفاده مي‌شود، نه خود هيدروژن.

اشاره‌ي مدعيان ساخت خودروهاي آب‌سوز به پيل‌هاي سوختي و موشك‌هاي هيدروژني، براي گمراه كردن مخاطب و ايجاد اين تصور غلط است كه هيدروژن نوعي منبع انرژي است.

در سيكل بالا منبع اصلي انرژي نور خورشيد است. هيدروژن در اين سيكل تنها نقش ذخيره و انتقال انرژي را بر عهده دارد و مي‌توان آن را با باتري جايگزين كرد.

تنها در صورتي مي‌توان روي واكنش هيدروژن و اكسيژن نام «منبع انرژي» گذاشت كه مولكول‌هاي دواتمي هيدروژن استفاده‌شده در اين واكنش، طي فرايندي جادويي به‌طور مستقيم از خارج از جو زمين آورده شده باشند (يعني براي توليد آن‌ها انرژي صرف نشده باشد).

مي‌توان خودرويي ساخت كه در آن با الكتروليز آب و سپس با واكنش دادن مجدد هيدروژن و اكسيژن به‌دست‌آمده، انرژي مورد نياز خودرو تأمين شود. تنها اشكال كار اينجا است كه ابتدا بايد يك موتور بزرگ‌تر و قوي‌تر براي تأمين انرژي مورد نياز الكتروليز روي خودرو سوار كنيد. به بيان ديگر، اگر همان انرژي را كه قرار است صرف جداسازي هيدروژن از آب كنيد، به‌صورت مستقيم براي به حركت درآورن موتور مورد استفاده قرار دهيد، خودروي به‌مراتب بهينه‌تري خواهيد داشت.

براي درك بهتر اينكه چرا روشي كه در قسمت بالا به آن اشاره شد، غير عقلاني و حتي مضحك است، مثال ساده‌ي زير را در انديشه متخصصين بگيريد:

فرض كنيد نيروگاهي با صرف مقادير عظيم سوخت فسيلي، الكتريسيته توليد كند (بازده اكثر نيروگاه‌هاي حرارتي متداول به زحمت به بالاي ۴۰ درصد مي‌رسد) و سپس از الكتريسيته‌ي به‌دست‌آمده توسط اين نيروگاه، در آزمايشگاه براي توليد مصنوعي مولكول‌هاي آلكان استفاده شود (بازده چنين فرايندي نيز طبيعتا كمتر از صد درصد است). مشخص است كه نمي‌توان سوخت هيدروكربني مصنوعي توليدشده در آزمايشگاه را مجددا در نيروگاه سوزاند و انتظار داشت انرژي بيشتري از آنچه صرف توليدش كرده‌ايم، به ما باز پس بدهد. به بيان ساده، «قوانين ترموديناميك را نمي‌توان دور زد».

در خودروهاي آب‌سوز با تجزيه‌ي آب و  تركيب مجدد هيدروژن و اكسيژن، يك سيكل كامل طي مي‌شود. بنا به قوانين فيزيك، نمي‌توان بدون وارد كردن انرژي، از يك سامانه‌ي بسته‌ي ترموديناميكي تا ابد انرژي گرفت

نكته‌ي بسيار جالب و قابل تأمل ديگر در رابطه با خودروهاي آب‌سوز اين است كه اكثر مخترعان چنين خودروهايي ادعا مي‌كنند تنها آلاينده‌ي فرايند ابداعي آن‌ها، بخار آبي است كه از اگزوز اتومبيل خارج مي‌شود. حال اين سؤال مطرح مي‌شود كه چرا آب خروجي از اگزوز مجددا به باك منتقل نمي‌شود تا خودروي آن‌ها كلا از سوخت‌گيري بي‌نياز شود؟

در انتها بد نيست اشاره‌اي به نوابيغ (با نوابغ اشتباه نشود) داشته باشيم؛ اصطلاحي كه عفت چهره گشا و دكتر عبادالله محموديان، استاد رياضيات دانشگاه صنعتي شريف و عضو انجمن رياضي ايران، براي اشاره به كساني كه سعي در حل معماهاي ناممكن يا رد قضاياي اثبات‌شده دارند، به كار برده‌اند. نوابيغ به چند دسته تقسيم مي‌شوند:

• كساني كه سعي مي‌كنند ناممكن‌ها را ممكن كنند: اين افراد سعي دارند مسائل غير ممكني چون تثليث زاويه، تربيع دايره، يا تضعيف مكعب را حل كنند يا موتور بدون سوخت بسازند.
• مدعيان حل مسئله‌هاي حل‌نشده‌ي معروف: كساني كه تلاش مي‌كنند مسئله‌هاي دشوار رياضي از جمله فرضيه‌ي گلدباخ يا كشف فرمولي براي توليد اعداد اول را با روش‌هاي ابتدايي حل كنند.
• بنيان‌گذاران انديشه متخصصينيه‌هاي بي‌اساس: كساني كه مي‌خواهند انديشه متخصصينيه‌هايي كه ربطي به رياضيات ندارند (مانند وحدانيت خدا، نامرئي كردن فيزيكي اشياء و ...) را با استفاده از رياضيات حل كنند.
• ردكنندگان اصول: افرادي كه تلاش دارند اصول رياضي و فيزيك را نقض كنند. از جمله ادعاهاي اين افراد مي‌توان به درست نبودن مقدار عدد پي يا نادرست بودن قانون اول ترموديناميك اشاره كرد.

مقاله‌ي خواندني دكتر محموديان را مي‌توانيد از سايت دانشگاه صنعتي شريف يا انجمن رياضي ايران دانلود كنيد.

اين مقاله براي اولين‌بار در تاريخ ۱۰ ارديبهشت‌ماه ۱۳۹۶ در اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايران منتشر و در ۱۱ آذر ۱۳۹۸ به‌روزرساني شد.