(((** توليد الكهرباء بواسطة الهيدروجين**)))
.
خلايا الوقود هي خلايا وقود الهيدروجين وهي التي تنتج الكهرباء بتفاعل كهربائي كيميائي باستخدام الهيدروجين والأوكسجين. فكرتها هي عكس فكرة تحليل الماء. عند تحليل الماء بالكهرباء ينفصل الهيدروجين عن الأكسجين بواسطة قطبي الكهرباء، وأما خلية الوقود فهي تجعل الهيدروجين يتفاعل مع الأكسجين فينتج تيار كهربائي.
وهذه الخلية الكهروكيميائية تستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية بتزويد الخلية بغازي الأكسجين والهيدروحين على نحو مستمر ؛ أو تخزن الهيدروجين تحت ضغط في أنابيب وتستمد الأكسجين من الهواء. عند المصعد يتأكسد الهيدروجين إلى بروتونات (التي تتجه داخل وسط الكهرليت إلى المهبط) و إلكترونات (التي تتجه من خارج الخلية إلى المهبط) حيث يلتقي الجميع مع الأكسجين الذي يختزل لتكوين الماء.
توجد أنواع متعددة من الخلايا الوقودية والتي يمكن تصنيفها حسب نوع الكهرليت الذي يحدد استخدامها النهائي. فمنها ما يستخدم للسيارات و منها ما يستخدم للمنازل لتوليد الماء و الكهرباء و الحرارة.
تعد الخلايا الوقودية من أكثر وسائل توليد الطاقة حفاظًا على البيئة، ولهذا تحظى باهتمام كبير نحو تطويرها وتسخيرها مستقبلاً في تسيير السيارات وإمداد المنازل بالتيار الكهربائي. وهذه الأخيرة قد يصل وزنها إلى عدة أطنان.
.
** تاريخ الخلية **
تم اختراع هذه الخلايا في منتصف القرن التاسع عشر عام 1839، أي قبل نحو 180 عام ، و لكن وقتها كانت التكنولوجيا ضعيفة و كان استخدام هذه الخلايا غير مجدي.
وبعد 130 عام أي في ستينيات القرن العشرين تم استخدامها ضمن مركبات الفضاء لتوليد الكهرباء و الماء معاً للمحطة ، و نجحت بقوة دون مشاكل ، و لكن بكلفة باهظة.
الآن عاد الاهتمام بها لاستخدامها في السيارات ضمن المدن لتخفيف انبعاث الغازات الكربونية و تلوث الجو.
.
*** تركيبها و مبدأ العمل ***
تتكون خلية الوقود كما يظهر الشكل(١) من أقطاب تفصلها أغشية مناسبة نصف نفوذة أو تكون الأقطاب التي تكون في شكل ألواح مغمورة في سائل يسمح بتوصيل الأيونات. تتكون الخلية من ألواح معدنية/ معدنية أو أسطوانات رقيقة جدا من الكربون مغطاة بمادة محفزة مثل البلاتين أو البلاديوم. توجد تلك الألواح بأعداد كبيرة في الخلية وتكون غاطسة في سائل كهرليتي حمضي أو قلوي، كما تختبر لها أنواع كهرليتية أخرى مثل مصهور كربونات قلوي أو السيراميك أو غشاءات تفصل الألواح المعدنية عن بعضها البعض.
ينتج التيار الكهربائي بواسطة تفاعل الأكسجين مع الهيدروجين، كما تختبر تفاعل مواد عضوية مثل الميثان أو الميثانول مع الأكسجين. ويقوم الكهرليت بتوصيل كلا عضوي التفاعل إلى ألواح الخلية لكي تتفاعل مع بعضها البعض إلى أسطح الأقطاب.
تعطي الخلية الواحدة 1 فولت ، لذلك
و بغرض الحصول على جهد كاف، تحتوي خلية الوقود العملية على عدد كبير من الأقطاب التي توصل على التوالي.
عند توصيل أحمال بخلية الوقود تعمل العمليات الكيميائية والكهربائية على خفض الجهد، لهذا تختبر مواد أخرى تقوم بوظيفة الكهرليت تعمل في درجات حرارة عالية، مثل مصهور كربونات قلوي MCFC.
.
** أهم مميزات خلايا الوقود**
تُعطي مستوىً عالٍ جداً من الكفاءة والأمان مقارنةً بغيرها.
نتيجةً لقدرتها على تحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربائية بشكل مباشر؛ تتميّز هذه الخلايا بكفاءتها العالية كونها لا تضيع أياً من هذه الطاقة.
عمليّة صيانتها سهلة جداً وبسيطة، كما أنها تستمرّ لفترة طويلة جداً.
يتمّ استخدامها حسب الحاجة، وذلك من خلال التحكم في حجمها.
لا تصدر عنها أيّ ملوثات؛ بل تكوّن كهرباء ومياه صالحة للشرب أيضاً، فتعتبر مصدراً نظيفاً للطاقة.
.
** استخدام الخلية في السيارات**
لنأخذ مثالاً عمليًا يوضح لنا أهمية خلية الوقود التي تعمل بالهيدروجين. فعندما يصبح لديك سيارة تعمل بخلايا الوقود فأنت بالتأكيد تمتلك محطة توليد كهرباء متنقلة تستطيع توليد 25 كيلو واط من الكهرباء، ودعنا نتخيل ما سيحدث في المستقبل القريب عندما تذهب إلى العمل بواسطة سيارتك المجهزة بالخلايا الهيدروجينية، فبدلاً من تركها بساحة الانتظار مهدرًا للوقت والمكان بدون فائدة، ما عليك إلا توصيلها بمخرج الغاز الطبيعي الموجودة بالمبنى، وعند انتهاء الدوام تستقل سيارتك بعد شحنها وهي محملة بحوالي 25 كيلو واط من الكهرباء التي تصلح لتشغيل السيارة أو لإضاءة أو تدفئة أي مكان آخر، وتشير الإحصائيات الحديثة أن السيارات تقف بأماكن الانتظار بدون حركة لأكثر من 96% من إجمالي الوقت، وبالتالي يمكن الاستفادة القصوى من هذا الوقت الضائع في شحن السيارات بالهيدروجين .
توجد في ألمانيا نحو 50 محطة لشحن الهيدروجين في السيارات حتى عام 2015 . هذا العدد قليل ، وهو أقل من المخطط له سابقا. كما أن عدد السيارات التي تسير في ألمانيا بخلايا الوقود قد بلغ في عام 2014 نحو 24.000 سيارة فقط ، أقل من الذي كان مخطط له بنحو 100.000 سيارة من هذا النوع .
.
(((** تطبيقات أخرى للخلية **))
هناك استخدامات عديدة لخلايا الوقود، و يت السعي لأن تستخدم بعد التوصل إلى خلايا وقود كفوؤة في تشغيل المركبات كالحافلات والسيارات.
و تستخدم في البنوك والمستشفيات في توليد الطاقة احتياطيًا في حالة انقطاع التيار الكهربائي من شبكة الكهرباء.
.
** إشكالية الطاقة النظيفة **
يعتبر البعض أن خلايا الوقود تؤمن طاقة كهربائية نظيفة دون انبعاثات ، و لكن من جهة أخرى فإن هذه الخلايا تحتاج الهيدروجين ، و هذا الهيدروجين يتم الحصول عليه من الماء بالتحليل الكهربائي، ويتم الحصول على الكهرباء من أجل التحليل الكهربائي من محطات حرق النفط و الغاز و الفحم الحجري التي تلوث الجو… و هنا عدنا للتلوث من جديد.
الشيء المفيد في الموضوع هو أن الخلية ستولد الكهرباء ضمن المدينة دون نواتج ملوثة فهي تنتج الماء فقط ، فإذا تم استخدامها للسيارات و المولدات الاحتياطية فسيتم تخفيف تلوث المدينة من دخان المحركات النفطية.
أرجو أن يكون المقال مفيداً.
تم جمعه من عدة مصادر بتصرف.
