ما هي خلية الوقود ؟
خلية غلفانية ، تتولد فيها الطاقة الكهربائية من تفاعلات غازات الوقودفيها .
خلايا الوقود هي صورة من صور تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في المركبات الهيدروكربونية إلى طاقة كهربائية مباشرة.
ما هو مبدأ عمل خلية الوقود ؟
فكرة عمل خلية الوقود تعتمدعلى وجود
غشاء فاصل (membrane) من الحديد سطحه مغطى بمساعد حفزي (catalyst)
منالبلاتنيوم (platinum) وعند دخول الهيدروجين ((H2 يعمل البلاتنيوم على
فصله إلىبروتون (protons) وإلكترون (electrons) ويسمح الغشاء الفاصل بمرور
البروتونات، ولايسمح بمرور الإلكترونات التي لا تجد وسيلة للعبور إلا من
خلال سلك حول الغشاءالفاصل؛ ليتولد فيض من الإلكترونات في السلك، والحصول
على تيار كهربي مستمر (DC) وفي الناحية المقابلة من الغشاء يتحد الإلكترون
مع البروتون مرة أخرى وفي وجود هواءجوي يتكون ماء (H2O) وحرارة
ما هي مميزات خلايا الوقود ؟
أما أهم مميزات خلاياالوقود الهيدروجينية فهي:
لا
يوجد تلوث أو استهلاك لمصادر الوقود: حيث إنالهيدروجين ينتج من الماء،
وبالأكسدة يعود إلى ماء مره أخرى، ولا توجد أي عوادمجانبية ضارة على صحة
الإنسان والبيئة.
آمنة للغاية: حيث إن تكنولوجياالهيدروجين لا تحتوي على أية عناصر تسبب أية أخطار ممكنة.
كفاءة
التشغيلعالية جدًّا: لأنها تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بشكل
مباشر مما لايسبب أي فقد في الطاقة في أي صورة من الصور.
هادئة في التشغيل: لا يمكنأن تسمع لخلية الوقود أي صوت أثناء عملها.
عمرها أطول وصيانتها أقل.
يمكن التحكم في حجمها حسب الطاقة الكهربائية التي تحتاجهاللتشغيل.
الأنواع المختلفة لخلايا الوقود
وغالبا ما تصنف خلايا الوقود عن طريق نوع المحلول المستخدم. كما يمكن تصنيفهم حسب درجة حرارة التشغيل, والكفاءة ومجال التطبيق.
وبناء
على التقارير ونشرات الأخبار ستستخدم تلك التقنية في القريب العاجل لتوليد
الطاقة في المنازل والسيارات, وفي جميع التطبيقات لأنها تعطي الطاقة
بطريقة أكثر كفاءة وأقل تلوث.
فائدة خلايا الوقود بالنسبة للبيئة
1· كفاءة وقود عالية
وذلك
عن طريق تحويل الوقود مباشرة إلى طاقة وذلك عن طريق التفاعل الكهروكميائي,
فإن خلايا الوقود تستخلص قدرة أعلى لنفس كمية الوقود بالمقارنة بالاحتراق
التقليدي. وتقلل الطريقة المباشرة تلك من 30-90% من كمية الوقود المستخدم
وهي تعتمد على نوع نظام خلايا الوقود المستخدم ومدى الاستفادة من الحرارة
المنبعثة.
2· إنبعاثات أقل
عند
استخدام الهيدروجين كوقود فإن ناتج التفاعل الإليكتروكميائي هو ماء وحرارة
وكهرباء, بدلاً من أول وثاني أكسيد الكربون, أكاسيد النيتروجين وأكاسيد
الكبريت وذرات الكربون ناتج عملية الاحتراق الداخلي. عند استخدام تعديل
الوقود بالسيارة لاستخلاص الهيدروجين ينتج أول وثاني أكسيد الكربون وأكاسيد
النيتروجين وأكاسيد الكبريت بنسبة قليلة جداً من خرج (عادم) محرك الاحتراق
الداخلي.
3· تقليل مخاطر تدمير البيئة عن طريق صناعة ونقل البترول
تقلل
خلايا الوقود تدمير البيئة المصاحب لاستخراج البترول وتصنيعه وذلك في حالة
استخراج الهيدروجين من مصادر الطاقة المتجددة. وفي حالة تسرب الهيدروجين
سوف يتبخر في الحال حيث أن الهيدروجين أخف من الهواء ويترك خلفه ماء فقط.
وذلك بالمقارنة بعمليات التنقيب ونقل وتكرير البترول والمخلفات الصناعية والأخطار الناجمة عن ذلك.
فائدة خلايا الوقود الهندسية
1· مرونة الوقود
خلايا الوقود عندها القدرة على العمل على الهيدروجين أو الهيدروجين المعدل من أي وقود بترولي مستخدم حالياً.
2· كثافة عالية للطاقة
مقدار الطاقة المتولدة من حجم معين معطاة بالكيلووات لكل لتر. وتزداد تلك القيمة مع زيادة الأبحاث وتطورها.
3· حرارة وضغط تشغيل منخفض
تعمل
خلايا الوقود في درجة حرارة ما بين 80-1000 درجة مئوية اعتماداً على نوع
الخلية. وهو مقدار منخفض بالنسبة لدرجة الحرارة لمحرك الاحتراق الداخلي
التي تصل إلى 2300 درجة مئوية.
4· تعدد الاستخدام
خلايا
الوقود بالنسبة لتشغيلها بدون الضوضاء و التلوث جعلها صالحة للاستخدام في
مناطق عدة مثل المناطق السكنية والتجارية داخل وخارج المباني.
5· القدرة الإضافية
عند
الاحتفاظ بالحرارة الناتجة من خلايا الوقود فيمكن استخدامها في تسخين
وتبريد الماء, حيث تبلغ الكفاءة لخلايا الوقود إلى حوالي 90%.
6· سرعة الاستجابة لتغير الحمل
للحصول
على طاقة إضافية من خلايا الوقود يضاف وقود إضافي للنظام. استجابة النظام
لخلايا الوقود تمثل الضغط على البدال في السيارة التقليدية زيادة الوقود
يؤدي إلى زيادة القدرة.
7· التصميم الهندسي
لا
تضمن خلايا الوقود أي أجزاء متحركة. عدم وجود حركة يساعد على بساطة
التصميم, واعتما دية عالية, تشغيل بدون ضوضاء, ونظام ليس معرض للتلف.
8· ضمان محلي للطاقة
يمكن
أنتاج وقود الهيدروجين محلياً عن طريق استخدام الفحم, أو من الغازات
الطبيعية, أو من الماء أو من مصادر الطاقة المتجددة. استخدام المصادر
المحلية يقلل من الاعتماد على البلاد الأجنبية الممدة للوقود.
ويرتفع
عدد سيارات خلايا الوقود التي يتم اختبارها سنوياً حتى يتم تقيمها
وتطويرها. فإن عدد سيارات خلايا الوقود التي تسير في الطرق خلال سنة 2004
تقدر بحوالي 600- 800 سيارة.
مشاكل خلايا الوقود
حيث أن الهيدروجين صعب التخزين والتوزيع فإنه من الأفضل لو أن خلايا الوقود تستخدم وقود متواجد حالياً بالأسواق
----------
منقول
