ما هي خلايا الوقود الجديدة

خلايا الوقود الجديدة هي المصدر الذي لا ينضب للطاقة في القرن الحادي والعشرين ، وهو شكل من أشكال تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في المواد الهيدروكربونية إلى طاقة كهربائية مباشرة أخرى.

وقود هذه الخلايا هو الميثانول أو الهيدروجين أو الغاز الطبيعي بمساعدة الهواء الجوي أو الأكسجين.

تاريخ موجز لخلايا الوقود الجديدة

يعتبر اختراع خلايا الوقود الجديدة ابتكارًا قديمًا ، فقد اخترعه السير (ويليام روبرت جروف) في إنجلترا عام 1839 أي منذ ما يقرب من مائة وستين عامًا ، ولم يكن يعلم أن اختراعه سيكون هو الحل لمشكلة نقص الطاقة خلال القرن الحادي والعشرين. .

خلايا الوقود الجديدة التي من خلالها يمكن الحصول على الطاقة الكهربائية من غاز الهيدروجين أو غاز الميثانول دون الحاجة إلى الاحتراق ، وبالتالي تم حل المعادلة المستحيلة! المعادلة هي إنتاج طاقة بدون أي تلوث للبيئة ، وبأقل تكلفة ، أي أن المعضلة ثلاثية الأبعاد: (الطاقة ، التكلفة ، البيئة) ، الأبعاد التي يحلم العلماء بحل مشاكلهم.

كان الحل بهذه الخلية الصغيرة وهي خلية الوقود الجديدة ، وبما أن جدواها كانت منخفضة ، فقد ظل هذا الاختراع مغلقًا في الأدراج لأكثر من مائة وثلاثين عامًا ، لكنه ظهر مرة أخرى في ستينيات القرن الماضي ، نظرا لحقيقة أن شركة (جنرال إلكتريك) طورت خلايا وقود لتوليد الطاقة الكهربائية اللازمة لإطلاق السفن الفضائية (أبولو وجيميني) وتوفير مياه الشرب ، إلا أن تكلفة هذه الخلايا كانت عالية جدا ، لكنها تحملت ينجزون مهامهم على أكمل وجه حيث تمكنوا من تأمين الطاقة الكهربائية اللازمة وتوفير المياه النقية الصالحة للشرب.

كيف تعمل خلايا الوقود الجديدة

خلايا الوقود هي وسيلة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية من خلال التفاعلات الكيميائية بين الأكسجين وغازات الهيدروجين ، مما يؤدي إلى أن يكون هذا التفاعل عبارة عن ماء بالإضافة إلى إنتاج طاقة كهربائية. من تركيب البطارية وعند الانتهاء من هذه المواد تصبح عديمة الفائدة مما يتطلب الاستبدال. أما بالنسبة لخلايا الوقود الجديدة ، فإن المواد المستخدمة لإنتاج الطاقة الكهربائية لا تنتهي صلاحيتها ، لأن مصدر المواد هو الهواء الذي لا يخترق.

يوضح الشكل التالي عمل وتركيب خلايا وقود جديدة وفق الخطوات التالية:

كيف تعمل خلايا الوقود الجديدة

  1. ينتقل غاز الهيدروجين إلى الصفيحة التي تشكل الأنود ، وفي نفس الوقت ينتقل غاز الأكسجين إلى الصف الثاني على الجانب المقابل ، والذي يشكل الكاثود.
  2. بسبب المحفز ، يتأين جزيء الهيدروجين2 لاثنين من الأيونات الموجبة 2 (H+إلكترونان سالبان (e-)
  3. يسمح الإلكتروليت بمرور الأيونات الموجبة فقط. أما بالنسبة للإلكترونات ، فهي تمر عبر دائرة كهربائية تؤدي إلى تشغيل جهاز أو تتسبب في إضاءة المصباح الكهربائي ، حيث تذهب الإلكترونات إلى القطب السالب ، والتيار الكهربائي هو حركة هذه الإلكترونات من القطب الموجب. إلى الكاثود.
  4. يتم دمج أيونات الهيدروجين الموجبة مع أيونات الأكسجين السالبة لإنتاج الماء وتدفقه خارج الخلية.

والتفاعلات التي تحدث على طرفي الخلية هي:

  1. عند طرف الأنود: 2H2 ——— 4H+ + 4 هـ-
  2. على طرف الكود: O2 + 4 ح++ 4 هـ-—– 2H2ا
  3. رد الفعل الكلي: 2 ساعة+ + س-ss ——– 2H2ا

أنواع خلايا الوقود الجديدة

أنواع خلايا الوقود الجديدة

الجهد الذي أعطته خلايا الوقود الجديدة هو 1.16 فولت ، ويمكن إضافة أي عدد منها للحصول على الجهد المطلوب. لها عدة أنواع ويتم تصنيفها حسب المواد المستخدمة ، والألواح المستخدمة (الإلكتروليت) ، والأنواع الأكثر انتشارًا من غشاء تبادل البروتون (PEMFC). إنه اختصار لاسم (خلية وقود غشاء تبادل البروتون).

مزايا استخدام خلايا وقود جديدة

ملامح إدخال خلايا الوقود الجديدة

  • خلايا الوقود الجديدة صديقة للبيئة ، أي أنها لا تلوث البيئة لأن الهيدروجين ينتج من الماء وعن طريق الأكسدة (التفاعل مع الأكسجين) مرة أخرى لتكوين الماء ، ولا توجد منتجات ضارة بالبيئة والبشر على حد سواء.
  • كفاءتها الإنتاجية عالية جدًا بحيث لا يوجد فقد للطاقة لأن التحويل يكون مباشرًا من الطاقة الكيميائية إلى الطاقة الكهربائية.
  • لها عمر طويل جدًا ولا تحتاج إلى صيانة كثيرة.
  • لا تصدر أي ضوضاء أثناء عملها وهي صامتة للغاية.
  • ويمكن التحكم في الحجم بحيث يكون حجمه حسب الحاجة لكمية التيار والجهد الذي نريد السحب منه.

المشكلة التي تواجه خلايا الوقود الجديدة

الغازات المستخدمة في خلايا الوقود الجديدة هي الأكسجين والهيدروجين ، لذلك لا مانع من تأمين غاز الأكسجين ، فيمكن استخراجه من الهواء مباشرة ، أما غاز الهيدروجين فيصعب الاحتفاظ به ، ولا توجد أماكن لتوزيعها لأنها تواجه مشاكل خطيرة في حال تخزينها ومنها الانفجار.

تمت معالجة هذه المشكلة من خلال اعتماد استخلاص الهيدروجين من الكحوليات أو المركبات الهيدروكربونية باستخدام وسائل تعرف باسم (المصلحين) ، ولكنها تنتج الحرارة عند إطلاقها لغاز الهيدروجين ، ومن الممكن التغلب على هذه المشكلة عن طريق استخراج الهيدروجين من البروبان أو الغاز الطبيعي أو الميثانول. لأن هذه المواد يمكن تخزينها. توزيعها بأمان وسهولة.

تطبيقات لاستخدام خلايا الوقود الجديدة

تطبيقات لاستخدام خلايا الوقود الجديدة

في صناعة السيارات

تم استخدام خلايا الوقود الجديدة في المراحل الأولى بآليات كبيرة مثل (الحافلات) لكبر حجمها ولكن التطور الذي حدث جعل السيارات الصغيرة تستخدمها.

في مجال السيارات

حظي البحث عن خلايا وقود جديدة بدعم من كبرى الشركات وبمبالغ ضخمة تصل إلى مليار دولار من قبل ثلاث شركات (جنرال موتورز - تويوتا - دايملر - كرايسلر) ، والتي تطمح أن تستخدم جميع السيارات في المستقبل خلايا الوقود الجديدة ، وقد تم اقتراح وضع شعار يشير إلى استخدام السيارة لخلايا وقود جديدة ، وكان هذا الشعار (ZEV) أي أن هذه السيارات صديقة للبيئة (مركبات خالية من الانبعاثات).

2 - في مجال الإلكترونيات

أطلقت شركة الهاتف المحمول (موتورولا) هاتفها المحمول الذي يستخدم خلايا الوقود الجديدة والصغيرة الحجم ، وكان في حزمة بحجم القلم يمكنها تشغيل الجهاز بعشرة أضعاف من البطارية العادية ، كما قدمت شركة سيمنس لاب توب محمول. (Notebook) مزود بخلية وقود تمكن الجهاز من التوقف عن العمل لمدة أسبوع كامل دون توقف أو أي مساعدة أخرى للطاقة.

نعتقد أن خلايا الوقود الجديدة هي الأنسب للإلكترونيات لقدرتها على توليد الطاقة المطلوبة وصغر حجمها.

في مجال توليد الطاقة الكهربائية

يساهم تزويد محطات توليد الكهرباء بالغاز بخلايا وقود جديدة في توليد كهرباء عالية الجهد ، أي تحسين كفاءة إنتاج الكهرباء المولدة ، باستخدام بخار الماء لتدوير التوربينات البخارية.

يمكن أيضًا استخدام خلايا الوقود الجديدة في إنارة المنازل والمستشفيات والمكاتب باستخدام (التوليد الموزع) في المناطق النائية والنائية التي لا يمكن تركيب الأبراج فيها.

يتم إجراء البحث للحصول على مواد ذات درجة حرارة عالية باستخدام Membrane ، ذات نوعية جيدة وبلاستيك غير مكلف ، وعن طريق تقليل ضغط الهواء المستخدم من ثلاثة أشرطة إلى 0.5 بار ، مما يوفر استخدام الطاقة في ضغط الهواء.

تعليمات السلامة للتعامل مع الهيدروجين

  • يعتبر غاز الهيدروجين من الغازات الخطرة للغاية ، لذا فإن تعليمات السلامة التي توفرها وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) هي أساس الوقاية من خطر هذا الغاز:
  • منذ اشتعال الهيدروجين بدرجة حرارة عالية ، فإنه يجب الحذر من ملامسة لهب الهيدروجين للجلد ، خاصة أنه لهب غير مرئي ، لذلك يجب توخي الحذر عند التعامل معه.
  • يسبب حروقًا باردة بسبب انخفاض درجة حرارته ، ويكون على شكل سائل تصل درجة حرارته إلى (- 250) درجة تحت الصفر.
  • غاز الهيدروجين هو أكثر الغازات نفاذاً ، لذلك يجب ارتداء الملابس الواقية والقفازات وواقيات الوجه عند تعبئة الغاز أو إجراء صيانة للأجهزة التي تستخدم غاز الهيدروجين
  • إن استنشاق غاز الهيدروجين أمر خطير للغاية ، حيث يتسبب في حروق في الجهاز التنفسي قد تؤدي إلى الوفاة ، ويعتبر غاز الهيدروجين آمناً إذا علمنا كيفية التعامل معه ونتخذ الحيطة والحذر منه.

أصبح البحث عن بديل للوقود الأحفوري التقليدي (النفط) ضروريًا للغاية في ظل ارتفاع أسعار الوقود في جميع أنحاء العالم ، حيث تم استخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة المد والجزر وطاقة الأمواج وطاقة المياه من خلال الشلالات والتحويل تلك الطاقات للطاقة الكهربائية ، واستبدال الوقود التقليدي. مع أنواع الوقود الأخرى ، كانت خلايا الوقود الجديدة هي الحل الأفضل لحل تلك المشاكل الناتجة عن نقص الوقود في العالم.

قد تكون مهتمًا أيضًا:

  • أغرب 10 اختراعات لن تصدق بوجودها.
  • نظرية الانشطار النووي.
  • قوانين نيوتن للحركة.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى