آیا ساخت خودروی آب سوز ممکن است؟

نویسنده؛ مسعود توکلی

جارستان: در مقاله‌ی پیش رو امکان ساخت خودروی آب‌سوز یا به‌طور کلی استفاده از آب به‌عنوان سوخت را بررسی خواهیم کرد.

ادعای اختراع ماشینی که از آب به‌عنوان سوخت استفاده کند، موضوع جدیدی نیست و تاکنون افراد بسیاری در سرتاسر جهان مدعی ساخت چنین خودرویی شده‌اند. در یکی از جدید‌ترین نسخه‌ها از این سری داستان‌های عامه‌پسند (که این بار از قضا وطنی است)، چند سال پیش مخترعی جوان با ادعای ساخت خودروی آب‌سوز، توانسته بود توجه رسانه‌ای زیادی را به سمت خود جلب کند. همان زمان در زومیت به‌تفصیل به بررسی این ادعا پرداختیم.  

پس از افزایش قیمت بنزین و دور جدید سهمیه‌بندی سوخت در هفته‌های گذشته، داستان آبسوز کردن خودرو بار دیگر سر زبان‌ها افتاده است. در متن یکی از خبرگزاری‌ها که ظاهرا به منبع اصلی رسانه‌ها در ماجرای «سامانه‌ی آبسوز» در چند روز اخیر تبدیل شده آمده است:

پیش از این در قالب میزگردی، میزبان یکی  از مبتکران کشورمان بودیم که موفق به ابداع سامانه‌ای شده است که با نصب به‌روی خودروهای مختلف، امکان استفاده از «آب» به‌جای بنزین را فراهم می‌کند! «آبسوز» کردن خودروها، اختراعی است که به‌گفته‌ی این مخترع می‌تواند منجر به ایجاد تحولی اساسی در دنیا و در حوزه‌ی حمل‌ونقل شود.

امروز، پس از گذشت حدود ۳ سال از اعلام مختصات ابتدایی این ابداع، دست‌اندرکاران این پروژه، ثبت‌نام از متقاضیان برای نصب سامانه آبسوز به‌روی خودروهای شخصی را آغاز کرده‌اند. دست‌اندرکاران این پروژه اعلام کرده‌اند نصب سامانه آبسوز به‌روی خودروهای شخصی در ابتدا به‌صورت ۵۰ درصد آب و ۵۰ درصد بنزین خواهد بود که در فازهای بعدی سامانه‌های ۷۵ درصد و نهایتاً ۱۰۰ درصد ارائه خواهد شد.

اما داستان خودروی آبسوز ایرانی از کجا آغاز شد و چقدر حقیقت دارد؟

ماجرای خودروی آب‌سوز ایرانی

به گزارش پرس تی‌وی، مخترع ایرانی عضو کانون ملی نخبگان جوان، در اسفند ۱۳۹۴ برای نخستین بار از خودروی آب سوز خود در «پانزدهمین نمایشگاه بین‎المللی محیط زیست ایران» رونمایی کرده است. این مخترع جوان ضمن ادعای ثبت جهانی اختراعش، درباره‌ی خودروی آب‌سوز خود این‌گونه توضیح می‌دهد:

این خودرو با آب کار می‎کند و کاملا دوستدار محیط زیست است. برای استفاده از آب به‌جای بنزین و گازوئیل در این خودرو، نیازی به تعویض کلیات خودرو نیست و این جا‎به‎جایی سوخت با هزینه‌ی‌ بسیار اندک امکان‌پذیر است.

 … خروجی این خودرو بخار است و هیچ‎گونه آلودگی محیط زیست به‌همراه ندارد. در هر یک لیتر بنزین، ۲۹ مگاژول انرژی تولید می‎شود؛ درحالی‌که با هر یک لیتر آب ۹۶ مگاژول انرژی تولید خواهد شد. … ۶۰ لیتر آب در مخزن سوخت خودرو ریخته می‎شود که ۹۰۰ کیلومتر مسافت را در مدت ۱۰ ساعت طی می‎کند.

توجه رسانه‌ها و شبکه‌های اجتماعی به خودروی آب‌سوز این مخترع، پس از حضور او در یکی از برنامه‌های صبحگاهی سیما سیر صعودی به خود گرفت. در این برنامه ادعا شد که خودروی آب‌سوز ایرانی حتی با «آب شور دریا و پسماند» نیز کار می‌کند و می‌توان با صرف مبلغ ۶۰۰ هزار تومان، یک خودروی بنزینی را آب‌سوز کرد.

هم‌اکنون مخترع جوان کشورمان با فعالیت گسترده در تلگرام، آپارات و اینستاگرام، وارد فاز جذب سرمایه شده است که این موضوع اهمیت بررسی ادعای او را دوچندان می‌کند.

خودروی آب‌سوز چیست؟

خودروی آب‌سوز به ماشینی گفته می‌شود که از لحاظ نظری، انرژی خود را به‌طور مستقیم از آب تأمین می‌کند. شاید برای رفع ابهام و روشن‌تر شدن منظور، بهتر باشد ابتدا مشخص کنیم که به چه خودروهایی آب‌سوز گفته نمی‌شود.

• خودروهایی که با تزریق آب به محفظه‌ی احتراق و ترکیب آن با مخلوط سوخت-هوا، از آن برای افزایش نسبت تراکم و کاهش لگد موتور استفاده می‌کنند.
  
  
• خودروهای هیدروژنی که در آن‌ها هیدروژنِ مصرفی با استفاده از الکتریسیته و طی فرایند الکترولیز، از آب به دست می‌آید. در این خودروها نیز نه آبی وارد موتور می‌شود و نه از آب برای تولید انرژی استفاده می‌شود؛ بلکه هیدروژن تنها «حامل» انرژی است که طی فرایند «الکترولیز»، صرف جداسازی اکسیژن و هیدروژن شده است. در حقیقت تنها فلسفه‌ی وجودی خودروهای هیدروژنی، چگالی بالاتر انرژی ذخیره‌شده در هیدروژن نسبت به باتری‌های فعلی است. پیش‌بینی می‌شود که در آینده‌ای نه‌چندان دور، با پیشرفت تکنولوژی و افزایش ظرفیت ذخیره‌ی انرژی باتری‌ها، خودروهای هیدروژنی موضوعیت خود را به‌طور کامل از دست بدهند.
  
  
• خودروهایی که در آن‌ها برای بهینه‌تر شدن مصرف انرژی، پایین آمدن قیمت سوخت و کاهش آلایندگی خودرو، مقداری هیدروژن به سوخت متداول هیدروکربنی اضافه می‌شود. به این تکنیک «بهینه‌کردن سوخت با استفاده از هیدروژن» گفته می‌شود.

با نگاهی مختصر به مطالب و ویدئوهای منتشرشده از خودروی ساخت مخترع ایرانی (بخصوص تزریق مستقیم آب شرب خانگی از طریق شیلنگ به باک خودرو)، مشخص می‌شود که خودروی ادعایی او در هیچ‌کدام از سه دسته‌ی بالا نمی‌گنجد و با تعریف کلاسیک خودروی آب‌سوز (Water-fuelled car) که در ابتدا به آن اشاره کردیم، کاملا هماهنگ است.

آیا می‌توان از آب انرژی گرفت؟

بنا به قوانین حاکم بر دنیای فیزیک، هیچ‌گونه راهی برای استخراج انرژی از آب وجود ندارد. آب به خودی خود، از لحاظ ترمودینامیکی مولکولی به‌شدت پایدار محسوب می‌شود و به دلیل پیوند شیمیایی بسیار محکم بین هیدروژن و اکسیژن، آنتالپی تشکیل آن منفی (برابر با ۲۸۵.۸- کیلوژول بر مول) است. این یعنی برای شکستن پیوند بین اتم‌های تشکیل‌دهنده‌ی یک لیتر آب، باید تقریبا برابر با میزان انرژی مصرفی یک انسان بالغ در طول روز (حدود ۲۵۰۰ کیلوکالری) انرژی صرف کنید.تولید انرژی از آب، قوانین اول و دوم ترمودیناک را نقض می‌کند

از آنجایی که هیچ ترکیب دیگری از هیدروژن و اکسیژن وجود ندارد که آنتالپی تشکیل آن منفی‌تر از آب باشد، انرژی مورد نیاز برای شکستن پیوند هیدروژن و اکسیژن، همواره برابر (در حالت ایده‌آل) یا بیشتر از انرژی به‌دست‌آمده از ترکیب مجدد این دو عنصر خواهد بود. به زبان ساده، «هیچ راهی برای گرفتن انرژی از آب وجود ندارد، مگر اینکه در این راه انرژی بیشتری از آن‌چه به دست می‌آید هزینه کنید». تولید انرژی از آب، ناقض قوانین اول و دوم ترمودیناک است.

خودروهای آب‌سوز در طول تاریخ

تا به حال افراد زیادی در سطح جهان، ادعا کرده‌اند به‌نوعی موفق به ساخت خودروی آب‌سوز شده‌اند که البته ادعای تمامی این افراد تا به حال رد شده است. چنین ادعاهایی در اکثر نقاط دنیا «شبه علم» تلقی می‌شود و به دلیل احتمال کلاه‌برداری، مورد پیگرد قانونی قرار می‌گیرد.

اولین خودروی آب‌سوز دنیا توسط چارلز گرت در سال ۱۹۳۵ معرفی شد. باتوجه به پتنت ثبت شده توسط او در همان سال، خودروی او از طریق الکترولیز هیدروژن مورد نیاز خود را تأمین می‌کرد. پتنت گرت خودرویی را نشان می‌داد که در آن از یک کاربراتور دارای شناور استفاده می‌شد؛ با این تفاوت که در قسمت پایینی کاربراتور خودروی گرت، صفحات الکترولیز قرار گرفته بود. پتنت گرت نتوانست به‌عنوان منبع جدیدی از انرژی به ثبت برسد.

در دهه‌ی ۸۰ میلادی، استنلی میر بحث بر سر خودروهای آب سوز را بار دیگر بر سر زبان‌ها انداخت. او ابتدا ادعا می‌کرد که در طرح پیشنهادی‌اش، شمع ماشین توسط قطعه‌ای با نام «Water splitter» جایگزین می‌شود و با ثابت ماندن دیگر اجزای موتور، به‌راحتی می‌توان از آب برای به حرکت در آوردن خودرو استفاده کرد. بعدها او ادعای خود را این‌گونه تغییر داد که با استفاده از یک پیل سوختی و به روش رزونانس الکتریکی، بخار آب به عناصر تشکیل‌دهنده‌اش تجزیه می‌شود. سپس در محفظه‌ی احتراق موتور، با ترکیب دوباره‌ی عناصر هیدروژن و اکسیژن و تبدیل آن‌ها به آب، انرژی مورد نیاز خودرو تأمین می‌شود.

^{طرح پیل سوختی آبی استنلی میر}

ادعاهای میر هیچگاه به اثبات نرسید و در نهایت در سال ۱۹۹۶، دادگاهی در اوهایو او را به جرم کلاهبرداری محکوم کرد.

در سال ۲۰۰۲ شرکتی با نام Genesis World Energy ادعا کرد که دستگاهی با قابلیت گرفتن انرژی از آب، از طریق جداسازی و ترکیب مجدد هیدروژن و اکسیژن، ساخته است. جنسیس ورلد انرژی در سال ۲۰۰۳ اعلام کرد که تکنولوژی آن‌ها آماده‌ی استفاده در خودروها است و به این ترتیب موفق به جذب سرمایه‌ی ۲.۵ میلیون دلاری شد؛ اما دستگاه ادعایی آن‌ها هیچگاه رنگ واقعیت به خود ندید.

در نهایت پاتریک کلی، بنیان‌گذار شرکت، در سال ۲۰۱۶ به دلیل کلاهبرداری و دزدی در دادگاهی در نیوجرسی به پرداخت ۴۰۰ هزار دلار جریمه و گذراندن ۵ سال در زندان محکوم شد.اکثر افراد مدعی ساخت خودروی آب‌سوز، به جرم شیادی و کلاهبرداری در دادگاه محکوم شده‌اند

در سال ۲۰۱۲ آغا وقار احمد، مخترع پاکستانی، مدعی شد که با نصب یک «کیت» می‌تواند هر نوع اتوموبیلی را آب‌سوز کند. کیت احمد از یک قوطی استوانه‌ای شکل تشکیل شده است که به وسیله‌ی یک لوله، به‌طور مستقیم به موتور خودرو متصل می‌شود. به‌گفته‌ی او، کیت یادشده با استفاده از فرایند الکترولیز، آب را به «HHO» تبدیل و سپس از آن به‌عنوان سوخت استفاده می‌کند.

^{آغا وقار احمد، مخترع پاکستانی خودروی آب سوز}

احمد برای ثبت پتنت در پاکستان اقدام کرده است؛ اما به عقیده‌ی دانشمندان پاکستانی، اختراع او به دلیل نقض قوانین ترمودینامیک، چیزی جز کلاهبرداری نیست.

سوخت موشک‌های ناسا و خودروهای هیدروژنی

باتوجه به اشاره‌ی مکرر مدعیان ساخت خودروهای آب‌سوز به استفاده از آب برای تأمین سوخت موشک، لازم است گریزی به «علم موشکی» بزنیم.

ناسا (و دیگر سازمان‌ها و شرکت‌های فضایی) برای فرستادن کاوشگر یا محموله به خارج از جو زمین، معمولا از هیدروژن مایع به‌عنوان سوخت در راکت‌های خود استفاده می‌کنند. جالب است بدانید آژانس‌های فضایی و شرکت‌های ساخت موشک (مانند اسپیس ایکس) از گاز طبیعی برای تولید هیدروژن مورد نیاز خود استفاده می‌کنند، نه آب (برای آشنایی با هیدروژن مایع می‌توانید نگاهی به این مطلب در سایت ناسا بیندازید).

اما بیایید فرض کنیم هیدروژن مورد استفاده در راکت‌ها طی فرایند الکترولیز از آب به دست می‌آید. حتی در این صورت نیز نمی‌توان گفت شرکت‌های فضایی موفق به استخراج انرژی از آب شده‌اند. درواقع منبع اصلی انرژی که باعث می‌شود یک راکت از جو زمین خارج شود، الکتریسیته‌ای است که طی فرایند الکترولیز فرضی، از آن برای جداسازی اتم‌های آب استفاده شده است. در این میان، هیدروژن تنها نقش حامل انرژی را بر عهده دارد. باتوجه به روش به دست آمدن الکتریسیته‌ی مورد نیاز در فرایند الکترولیز، منبع اصلی انرژی موشک درواقع ممکن است هر سوختی (از جمله سوخت‌های فسیلی یا اتمی) باشد.

تمامی آنچه در بخش‌های بالا گفته شد، در مورد خودروهای هیدروژنی و پیل‌های سوختی نیز صادق است. منبع اصلی انرژی چنین خودروهایی، سوختی است که از آن برای تولید هیدروژن استفاده می‌شود، نه خود هیدروژن.

چرا هیدروژنِ زمینی، منبع انرژی نیست

اشاره‌ی مدعیان ساخت خودروهای آب‌سوز به پیل‌های سوختی و موشک‌های هیدروژنی، برای گمراه کردن مخاطب و ایجاد این تصور غلط است که هیدروژن نوعی منبع انرژی است.هیدروژن مورد استفاده در پیل‌ها سوختی و راکت‌ها، تنها وسیله‌ای برای ذخیره‌ی انرژی است، نه منبع آن

از آن‌جایی که به دلیل وجود اکسیژن در اتمسفر زمین، نمی‌توان هیدروژن را به‌صورت آزاد در طبیعت پیدا و استخراج کرد؛ تمامی مولکول‌های H_۲ مورد استفاده در مصارف مختلف، درواقع ساخته‌ی دست بشر هستند و با صرف مقادیر زیاد انرژی تولید شده‌اند. به همین دلیل، هیدروژن استفاده‌شده در پیل‌های سوختی و راکت‌ها، تنها وسیله‌ای برای ذخیره‌ی کوتاه‌مدت انرژی است، نه سوختی طبیعی یا منبعی از انرژی.

^{در سیکل بالا منبع اصلی انرژی نور خورشید است. هیدروژن در این سیکل تنها نقش ذخیره و انتقال انرژی را بر عهده دارد و می‌توان آن را با باتری جایگزین کرد.}

تنها در صورتی می‌توان روی واکنش هیدروژن و اکسیژن نام «منبع انرژی» گذاشت که مولکول‌های دواتمی هیدروژن استفاده‌شده در این واکنش، طی فرایندی جادویی به‌طور مستقیم از خارج از جو زمین آورده شده باشند (یعنی برای تولید آن‌ها انرژی صرف نشده باشد).

آیا ساخت خودروی آب سوز ممکن است؟

می‌توان خودرویی ساخت که در آن با الکترولیز آب و سپس با واکنش دادن مجدد هیدروژن و اکسیژن به‌دست‌آمده، انرژی مورد نیاز خودرو تأمین شود. تنها اشکال کار اینجا است که ابتدا باید یک موتور بزرگ‌تر و قوی‌تر برای تأمین انرژی مورد نیاز الکترولیز روی خودرو سوار کنید. به بیان دیگر، اگر همان انرژی را که قرار است صرف جداسازی هیدروژن از آب کنید، به‌صورت مستقیم برای به حرکت درآورن موتور مورد استفاده قرار دهید، خودروی به‌مراتب بهینه‌تری خواهید داشت.

برای درک بهتر اینکه چرا روشی که در قسمت بالا به آن اشاره شد، غیر عقلانی و حتی مضحک است، مثال ساده‌ی زیر را در نظر بگیرید:

فرض کنید نیروگاهی با صرف مقادیر عظیم سوخت فسیلی، الکتریسیته تولید کند (بازده اکثر نیروگاه‌های حرارتی متداول به زحمت به بالای ۴۰ درصد می‌رسد) و سپس از الکتریسیته‌ی به‌دست‌آمده توسط این نیروگاه، در آزمایشگاه برای تولید مصنوعی مولکول‌های آلکان استفاده شود (بازده چنین فرایندی نیز طبیعتا کمتر از صد درصد است). مشخص است که نمی‌توان سوخت هیدروکربنی مصنوعی تولیدشده در آزمایشگاه را مجددا در نیروگاه سوزاند و انتظار داشت انرژی بیشتری از آنچه صرف تولیدش کرده‌ایم، به ما باز پس بدهد. به بیان ساده، «قوانین ترمودینامیک را نمی‌توان دور زد».

^{در خودروهای آب‌سوز با تجزیه‌ی آب و  ترکیب مجدد هیدروژن و اکسیژن، یک سیکل کامل طی می‌شود. بنا به قوانین فیزیک، نمی‌توان بدون وارد کردن انرژی، از یک سامانه‌ی بسته‌ی ترمودینامیکی تا ابد انرژی گرفت}

نکته‌ی بسیار جالب و قابل تأمل دیگر در رابطه با خودروهای آب‌سوز این است که اکثر مخترعان چنین خودروهایی ادعا می‌کنند تنها آلاینده‌ی فرایند ابداعی آن‌ها، بخار آبی است که از اگزوز اتومبیل خارج می‌شود. حال این سؤال مطرح می‌شود که چرا آب خروجی از اگزوز مجددا به باک منتقل نمی‌شود تا خودروی آن‌ها کلا از سوخت‌گیری بی‌نیاز شود؟

نوابیغ چه کسانی هستند؟

در انتها بد نیست اشاره‌ای به نوابیغ (با نوابغ اشتباه نشود) داشته باشیم؛ اصطلاحی که عفت چهره گشا و دکتر عبادالله محمودیان، استاد ریاضیات دانشگاه صنعتی شریف و عضو انجمن ریاضی ایران، برای اشاره به کسانی که سعی در حل معماهای ناممکن یا رد قضایای اثبات‌شده دارند، به کار برده‌اند. نوابیغ به چند دسته تقسیم می‌شوند:

• کسانی که سعی می‌کنند ناممکن‌ها را ممکن کنند: این افراد سعی دارند مسائل غیر ممکنی چون تثلیث زاویه، تربیع دایره، یا تضعیف مکعب را حل کنند یا موتور بدون سوخت بسازند.
• مدعیان حل مسئله‌های حل‌نشده‌ی معروف: کسانی که تلاش می‌کنند مسئله‌های دشوار ریاضی از جمله فرضیه‌ی گلدباخ یا کشف فرمولی برای تولید اعداد اول را با روش‌های ابتدایی حل کنند.
• بنیان‌گذاران نظریه‌های بی‌اساس: کسانی که می‌خواهند نظریه‌هایی که ربطی به ریاضیات ندارند (مانند وحدانیت خدا، نامرئی کردن فیزیکی اشیاء و …) را با استفاده از ریاضیات حل کنند.
• ردکنندگان اصول: افرادی که تلاش دارند اصول ریاضی و فیزیک را نقض کنند. از جمله ادعاهای این افراد می‌توان به درست نبودن مقدار عدد پی یا نادرست بودن قانون اول ترمودینامیک اشاره کرد.

مقاله‌ی خواندنی دکتر محمودیان را می‌توانید از سایت دانشگاه صنعتی شریف یا انجمن ریاضی ایران دانلود کنید.

این مقاله برای اولین‌بار در تاریخ ۱۰ اردیبهشت‌ماه ۱۳۹۶ در زومیت منتشر و در ۱۱ آذر ۱۳۹۸ به‌روزرسانی شد.