يتسابق العالم اليوم نحو مستقبل الطاقة المستدامة. ورغم أن الفائز النهائي غير معروف، إلا أن الهيدروجين برز كمرشح قوي، موفرًا إمكانيات عديدة لإنتاج الطاقة وتوزيعها وتطبيقها. ولحل لغز تسمية "مزايا خلايا الوقود"، دعونا نبدأ بماهية خلايا الوقود وأنواعها، ثم نستكشف مزاياها وعيوبها.
خلايا الوقود موجودة منذ أكثر من 150 عامًا، وهي مصدر طاقة دائم، آمن بيئيًا، ومتوفر باستمرار. فلماذا لا تُستخدم في كل مكان حتى الآن؟ حتى وقت قريب، كان السبب هو تكلفتها. كانت تكلفة تصنيع الخلايا باهظة للغاية، لكن هذا لم يعد الحال.
ما هي خلية الوقود؟
خلية الوقود هي جهاز كهروكيميائي يحول الطاقة الكيميائية إلى تيار كهربائي قابل للاستخدام . تحتوي كل خلية وقود على قطبين كهربائيين يُعرفان بالأنود والكاثود. تحدث التفاعلات التي تولد الكهرباء على هذين القطبين.
تحتوي كل خلية وقود على إلكتروليت ينقل الجسيمات المشحونة كهربائيًا من قطب إلى آخر، بالإضافة إلى عامل حفاز يُسرّع التفاعلات عند الأقطاب. ورغم أن الهيدروجين هو الوقود الأساسي، فإن خلايا الوقود تحتاج أيضًا إلى الأكسجين. ومن أبرز مزايا خلايا الوقود أنها تُنتج تلوثًا ضئيلًا للغاية ، إذ يختلط معظم الهيدروجين والأكسجين اللازمين لتوليد الطاقة في النهاية ليشكلا منتجًا ثانويًا غير ضار، وهو الماء في الأساس.
تُنتج خلية وقود واحدة كميةً ضئيلةً من كهرباء التيار المستمر. عمليًا، غالبًا ما تُركّب خلايا وقود متعددة معًا. المفاهيم هي نفسها سواءً في خلية واحدة أو في مجموعة. بعد ذلك، دعونا نستكشف مزايا وعيوب خلايا الوقود.
4 مزايا وعيوب خلايا الوقود
اخترع السير ويليام روبرت غروف، القاضي والمخترع والعالم الويلزي، أول خلية وقود عام 1839. وقد أنتج الكهرباء والماء عن طريق دمج الهيدروجين والأكسجين بوجود محلول إلكتروليتي. لم يُنتج هذا الابتكار، الذي عُرف لاحقًا بخلية الوقود، كمية كافية من الكهرباء لتكون ذات فائدة عملية. لذا، دعونا نستعرض بعض مزايا وعيوب خلية الوقود.
المزايا
1. لا حاجة لإعادة الشحن
لا تحتاج خلية الوقود إلى إعادة شحن، بل يمكنها إنتاج الطاقة حتى يتم تزويدها بالوقود.
2. لا مشاكل صحية
لا تشكل خلايا الوقود خطورة ولا تسبب مشاكل صحية لأنها لا تنتج دخانًا أو ضبابًا دخانيًا أثناء تشغيلها.
3. فعالة
تتميز خلايا الوقود بكفاءة عالية، إذ يمكنها تحويل الطاقة الكيميائية مباشرةً إلى طاقة كهربائية. وبالمقارنة مع البدائل الأخرى المتاحة في السوق، فإن كفاءة خلايا الوقود أعلى بنسبة 60%.
4. خالية من التلوث
لا تُؤثر خلايا الوقود سلبًا على تلوث الهواء. وهذه إحدى أبرز مزاياها. ولأنها لا تحتوي على أجزاء ميكانيكية، فهي صامتة تمامًا، وبالتالي لا تُسبب تلوثًا ضوضائيًا.
إذا تم استخدام الهيدروجين كوقود مدخل، فإن المنتجات الثانوية الوحيدة التي يتم ملاحظتها هي الماء والحرارة والكهرباء، مما يؤدي إلى أقصى قدر من الكفاءة وعدم انبعاث المواد الضارة.
عيوب
1. باهظة الثمن وغير طويلة الأمد
كما هو الحال مع مزايا خلايا الوقود، لها عيوبها أيضًا. فهي باهظة الثمن، وعمرها الافتراضي أقصر.
2. من الصعب تخزينها
من الصعب تخزين خلايا الوقود لأن الوقود المستخدم في الخلايا يجب أن يُحفظ عند درجة حرارة ومستوى ضغط محددين.
3. غير آمن وخطير
الهيدروجين وقود شديد الاشتعال، مما يثير مخاوف واضحة تتعلق بالسلامة. يحترق غاز الهيدروجين في الهواء بتركيزات تتراوح بين 4% و75%.
4. من الصعب استخراجه
على الرغم من كونه العنصر الأكثر وفرةً في الكون، إلا أن الهيدروجين لا يوجد بمفرده، لذا يجب جمعه من الماء بالتحليل الكهربائي أو عزله من الوقود الأحفوري الكربوني. يتطلب كلا النهجين كميةً كبيرةً من الطاقة لإتمامهما.
قد تكون هذه الطاقة أكثر تكلفةً من تلك المُستخلصة من الهيدروجين نفسه. علاوةً على ذلك، في غياب التقاط الكربون وتخزينه، غالبًا ما يتطلب هذا الاستخراج استخدام الوقود الأحفوري، مما يُقوّض المصداقية البيئية للهيدروجين.
ما هي أنواع خلايا الوقود المختلفة؟
بعد التعرف على مزايا وعيوب خلايا الوقود، دعونا نتعرف أيضًا على أنواعها المختلفة. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين خلايا الوقود في نوع الإلكتروليت المستخدم . ويحدد هذا التصنيف نوع:
- العمليات الكهروكيميائية التي تحدث في الخلية
- نوع المحفزات المطلوبة
- نطاق درجة الحرارة التي تعمل فيها الخلية
- الوقود المطلوب، والمعايير الأخرى.
تؤثر هذه الخصائص بدورها على التطبيقات الأنسب لهذه الخلايا. يجري حاليًا تطوير أنواع عديدة من خلايا الوقود، ولكل منها مزاياها وعيوبها وتطبيقاتها المحتملة. تعرّف على المزيد حول أنواع خلايا الوقود أدناه.
1. خلايا وقود البوليمر ذات الغشاء الإلكتروليتي
تتميز خلايا الوقود ذات غشاء البوليمر الإلكتروليتي (PEM)، والمعروفة أيضًا بخلايا الوقود ذات غشاء تبادل البروتونات، بكثافة طاقة عالية ووزن وحجم منخفضين مقارنةً بخلايا الوقود التقليدية. يتكون إلكتروليت خلايا الوقود PEM من بوليمر صلب ، بينما تتكون الأقطاب الكهربائية من كربون مسامي مع محفز من البلاتين أو سبيكة البلاتين. وتحتاج هذه الخلايا ببساطة إلى الهيدروجين والأكسجين من الهواء والماء للعمل. ويتم تزويدها عادةً بالهيدروجين النقي من خزانات التخزين أو أجهزة الإصلاح.
تعمل خلايا وقود PEM في درجات حرارة منخفضة ، عادةً حوالي 80 درجة مئوية (176 درجة فهرنهايت). يُمكّنها التشغيل في درجات الحرارة المنخفضة من بدء التشغيل بسرعة (مع تقليل وقت التسخين) ويؤدي إلى تقليل تآكل مكونات النظام، مما يُحسّن من متانته. مع ذلك، يتطلب ذلك استخدام محفز من المعادن النفيسة (عادةً البلاتين) لفصل إلكترونات وبروتونات الهيدروجين، مما يزيد من تكلفة النظام. ولأن محفز البلاتين حساس للغاية للتسمم بأول أكسيد الكربون، يلزم وجود مفاعل إضافي لإزالة أول أكسيد الكربون من غاز الوقود إذا تم إنتاج الهيدروجين من وقود هيدروكربوني. هذا المفاعل مكلف أيضًا.
تُستخدم خلايا الوقود ذات غشاء تبادل البروتونات (PEM) بشكل رئيسي في قطاع النقل وبعض التطبيقات الثابتة. وتُعدّ هذه الخلايا مناسبة بشكل خاص للاستخدام في تطبيقات السيارات مثل السيارات والحافلات والشاحنات الثقيلة.
2. خلايا وقود الميثانول المباشر
تُشغَّل معظم خلايا الوقود بالهيدروجين، الذي يُمكن ضخه مباشرةً إلى النظام أو إنتاجه داخله عن طريق إعادة تشكيل أنواع الوقود الغنية بالهيدروجين مثل الميثانول والإيثانول والوقود الهيدروكربوني. أما خلايا وقود الميثانول المباشر (DMFCs) فتُشغَّل بالميثانول النقي ، الذي يُخلط عادةً بالماء ويُضخ مباشرةً إلى مصعد خلية الوقود.
نظرًا لأن الميثانول يتمتع بكثافة طاقة أعلى من الهيدروجين، وإن كانت أقل من البنزين أو وقود الديزل، فإن خلايا وقود الميثانول المباشر تتجنب العديد من مشاكل تخزين الوقود التي تعاني منها بعض أنظمة خلايا الوقود. ولأن الميثانول سائل، مثل البنزين، فإنه أسهل في النقل والتوزيع على الجمهور باستخدام بنيتنا التحتية الحالية. وتُستخدم خلايا وقود الميثانول المباشر بكثرة لتشغيل تطبيقات خلايا الوقود المحمولة مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.
3. خلايا الوقود القلوي
كانت خلايا الوقود القلوية من أوائل تقنيات خلايا الوقود التي تم اختراعها، وكانت أول نوع يُستخدم على نطاق واسع في برنامج الفضاء الأمريكي لتوليد الطاقة الكهربائية والماء على متن المركبات الفضائية. يتكون المحلول الإلكتروليتي في هذه الخلايا من محلول هيدروكسيد البوتاسيوم في الماء ، ويمكن أن يكون المصعد والمهبط مصنوعين من عدد من المعادن غير النفيسة.
يُعدّ التسمم بثاني أكسيد الكربون (CO2) أحد أبرز التحديات التي تواجه هذا النوع من خلايا الوقود . في الواقع، حتى الكميات الضئيلة من ثاني أكسيد الكربون في الهواء قد تؤثر بشكل كبير على أداء الخلية ومتانتها نتيجة لتكوّن الكربونات. يمكن تشغيل الخلايا القلوية ذات الإلكتروليتات السائلة بنظام إعادة التدوير، مما يسمح بتجديد الإلكتروليت للمساعدة في تقليل آثار تكوّن الكربونات فيه، ولكنه يُسبب أيضًا مشاكل في التيار الكهربائي.
تشمل المشكلات الإضافية لأنظمة الإلكتروليت السائل قابلية التبلل، وزيادة التآكل، وصعوبة التحكم في فروق الضغط. وتُعالج هذه الصعوبات بواسطة خلايا الوقود ذات الغشاء القلوي (AMFCs)، التي تُعد أقل عرضةً للتسمم بثاني أكسيد الكربون من خلايا الوقود ذات الإلكتروليت السائل. ومع ذلك، لا يزال لثاني أكسيد الكربون تأثير على الأداء، ويتخلف أداء ومتانة خلايا الوقود ذات الغشاء القلوي عن أداء ومتانة خلايا الوقود ذات الغشاء البوليمري (PEMFCs).
تُجرى دراسات على خلايا الوقود الغشائية الأيونية لتطبيقات تتراوح من الواط إلى الكيلوواط. وتُعدّ كل من مقاومة ثاني أكسيد الكربون، وموصلية الغشاء ومتانته، والتشغيل في درجات حرارة أعلى، وإدارة المياه، وكثافة الطاقة، والتحفيز الكهربائي للأنود، تحديات تواجه خلايا الوقود الغشائية الأيونية.
4. خلايا حمض الفوسفوريك
تستخدم خلايا الوقود الفوسفورية حمض الفوسفوريك السائل كمحلول إلكتروليتي (حيث يُحفظ الحمض في مصفوفة من كربيد السيليكون المرتبط بالتفلون) وأقطابًا كربونية مسامية مع محفز من البلاتين. يوضح الرسم البياني على اليمين التفاعلات الكهروكيميائية التي تحدث في الخلية.
تُعتبر خلية الوقود الفوسفورية (PAFC) من الجيل الأول من خلايا الوقود الحديثة. وهي من أكثر أنواع الخلايا تطوراً، وأولها التي تم تسويقها تجارياً. ورغم أن هذا النوع من خلايا الوقود يُستخدم عادةً لتوليد الطاقة الثابتة، فقد استُخدمت بعض خلايا الوقود الفوسفورية لتشغيل مركبات كبيرة مثل حافلات النقل الحضري.
تتميز خلايا الوقود البلاتينية (PAFCs) بمقاومة أكبر للشوائب الموجودة في الوقود الأحفوري المُعاد تشكيله مقارنةً بخلايا PEM، التي تتأثر بسهولة بأول أكسيد الكربون، حيث يرتبط هذا الغاز بمحفز البلاتين عند المصعد، مما يقلل من كفاءة خلية الوقود. تتجاوز كفاءة خلايا الوقود البلاتينية 85% عند استخدامها لتوليد الكهرباء والحرارة معًا، لكنها تنخفض عند استخدامها لتوليد الكهرباء فقط (37%-42%).
تتجاوز كفاءة خلايا الوقود البلاتينية (PAFCs) كفاءة محطات توليد الطاقة التي تعمل بالاحتراق الداخلي بنسبة طفيفة، والتي تعمل عادةً بكفاءة تقارب 33%. وبالنظر إلى الوزن والحجم المتساويين، فإن خلايا الوقود البلاتينية أقل قوة من أنواع خلايا الوقود الأخرى. ولذلك، عادةً ما تكون هذه الخلايا كبيرة الحجم وثقيلة الوزن. كما أن خلايا الوقود البلاتينية مكلفة، إذ تتطلب كميات أكبر بكثير من محفز البلاتين مقارنةً بأنواع خلايا الوقود الأخرى، مما يزيد من تكلفتها.
5. خلايا الوقود للكربونات المنصهرة
يجري تطوير خلايا الوقود الكربوناتية المنصهرة (MCFCs) لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز الطبيعي والفحم، بالإضافة إلى استخدامها في قطاعات الطاقة الكهربائية والصناعة والاستخدامات العسكرية. وتُعدّ خلايا الوقود الكربوناتية المنصهرة خلايا وقود عالية الحرارة، تستخدم إلكتروليتًا يتكون من أملاح الكربونات المنصهرة العائمة في مصفوفة خزفية مسامية من أكسيد الليثيوم والألومنيوم، وهي خاملة كيميائيًا. ويمكن استخدام معادن غير ثمينة كعوامل محفزة في المصعد والمهبط نظرًا لقدرتها على العمل في درجات حرارة عالية تصل إلى 650 درجة مئوية (حوالي 1,200 درجة فهرنهايت).
من الأسباب الأخرى التي تجعل خلايا الوقود الكربوناتية المنصهرة (MCFCs) توفر تكاليفًا كبيرة مقارنةً بخلايا وقود حمض الفوسفوريك، تحسين كفاءتها . فعند دمجها مع توربين، يمكن لخلايا الوقود الكربوناتية المنصهرة أن تصل كفاءتها إلى 65%، وهي نسبة أعلى بكثير من كفاءة خلايا وقود حمض الفوسفوريك التي تتراوح بين 37% و42%. ويمكن أن تتجاوز كفاءة الوقود الإجمالية 85% عند استعادة الحرارة المهدرة واستخدامها.
لا تتطلب خلايا الوقود الكربونية المنصهرة (MCFCs) مُصلِحًا خارجيًا لتحويل الغاز الطبيعي والغاز الحيوي إلى هيدروجين. ولأنها تعمل في درجات حرارة عالية، يتحول الميثان والهيدروكربونات الخفيفة الأخرى الموجودة في هذه الأنواع من الوقود إلى هيدروجين داخل خلية الوقود نفسها عبر عملية تُعرف بالإصلاح الداخلي، مما يُوفر المال أيضًا.
تتمثل المشكلة الأساسية في تقنية خلايا الوقود الكربونية المنصهرة الحالية في قصر عمرها الافتراضي . فارتفاع درجات حرارة تشغيل هذه الخلايا، بالإضافة إلى استخدام محلول إلكتروليتي قلوي، يُسرّع من تلف المكونات وتآكلها، مما يُقلل من عمر الخلية. ويعمل العلماء حاليًا على تطوير مواد مقاومة للتآكل للمكونات، بالإضافة إلى تصميمات لخلايا الوقود قادرة على مضاعفة عمرها الافتراضي من 40,000 ساعة (خمس سنوات) دون المساس بالأداء.
6. خلايا وقود الأكسيد الصلب
في خلايا الوقود الصلبة المؤكسدة (SOFCs)، يكون الإلكتروليت عبارة عن سيراميك كثيف غير مسامي . تحول هذه الخلايا الوقود إلى كهرباء بكفاءة تبلغ حوالي 60%. ويمكن أن تتجاوز كفاءة استخدام الوقود الإجمالية 85% في الأنظمة المصممة لالتقاط واستخدام الحرارة المهدرة من النظام (التوليد المشترك).
تعمل خلايا الوقود الصلبة المؤكسدة (SOFCs) في درجات حرارة عالية للغاية ، تصل إلى 1,000 درجة مئوية (1,830 درجة فهرنهايت). يُغني التشغيل في درجات الحرارة العالية عن الحاجة إلى محفز من المعادن النفيسة، مما يُخفض التكاليف. كما يُتيح ذلك لخلايا الوقود الصلبة المؤكسدة إعادة تشكيل الوقود داخليًا، مما يسمح لها باستخدام نطاق أوسع من أنواع الوقود ويُقلل من تكلفة إضافة مُصلِح إلى النظام.
تُعد خلايا الوقود SOFCs أكثر أنواع خلايا الوقود مقاومةً للكبريت، إذ تتحمل كمياتٍ من الكبريت تفوق بكثير أنواع الخلايا الأخرى. علاوةً على ذلك، لا تتأثر بأول أكسيد الكربون، الذي يُمكن استخدامه كوقود. تُمكّن هذه الخاصية خلايا SOFCs من استخدام الغاز الطبيعي والغاز الحيوي والغازات المشتقة من الفحم. إلا أن هناك عيوبًا في التشغيل في درجات حرارة عالية.
يؤدي ذلك إلى تأخير بدء التشغيل، ويستلزم استخدام دروع حرارية واسعة النطاق للحفاظ على الحرارة وحماية العاملين، وهو أمر مناسب لأغراض المرافق العامة، ولكنه غير مناسب للنقل. ونظرًا لارتفاع درجات حرارة التشغيل ، يجب أن تستوفي المواد معايير متانة صارمة. وتتمثل الصعوبة التقنية الرئيسية لهذه التقنية في تطوير مواد منخفضة التكلفة ذات قدرة تحمل عالية عند درجات حرارة تشغيل الخلية.
يدرس العلماء حاليًا إمكانية بناء خلايا وقود سائلة كربونية صلبة منخفضة الحرارة تعمل عند 700 درجة مئوية أو أقل، وتتميز بمتانة أقل، وتكلفة أقل. لم تُضاهي خلايا الوقود السائلة الصلبة منخفضة الحرارة أداء الأنظمة ذات درجات الحرارة الأعلى بعد، ولا تزال مواد التكديس اللازمة لهذا النطاق المنخفض من درجات الحرارة قيد التطوير.
7. خلايا الوقود القابلة للعكس
تُنتج خلايا الوقود العكسية، مثل خلايا الوقود التقليدية، الكهرباء من الهيدروجين والأكسجين، مع إنتاج الحرارة والماء كمنتجات ثانوية. في المقابل، يمكن لأنظمة خلايا الوقود العكسية استخدام الكهرباء من مصادر الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو غيرها لتحليل الماء إلى أكسجين وهيدروجين عبر عملية تُعرف بالتحليل الكهربائي.
تستطيع خلايا الوقود العكسية إنتاج الكهرباء عند الحاجة، ولكن خلال فترات ارتفاع إنتاج الطاقة من التقنيات الأخرى (على سبيل المثال، عندما تؤدي الرياح العاتية إلى فائض في طاقة الرياح المتاحة)، يمكن لخلايا الوقود العكسية تخزين الطاقة الزائدة على شكل هيدروجين. تتمتع هذه القدرة على تخزين الطاقة بإمكانية إحداث نقلة نوعية في تكنولوجيا الطاقة المتجددة المتقطعة. بعد ذلك، دعونا نتعرف على مبدأ عمل خلايا الوقود.
انظر أيضاً: أفضل 3 أسهم في مجال الطاقة الخضراء في الهند
ما هو مبدأ عمل خلية الوقود؟
بعد التعرف على مزايا خلايا الوقود، ينبغي عليك أيضًا التعرف على مبدأ عملها. تتكون خلية الوقود من قطبين كهربائيين، مصعد ومهبط، يفصل بينهما غشاء إلكتروليتي. يمكن استخدام الهيدروجين والميثان والإيثان والإيثانول وأنواع أخرى من الوقود العضوي في خلية الوقود لتوليد الكهرباء. تخضع هذه الأنواع من الوقود لاحتراق غير كامل، وتُنتج حرارة كناتج ثانوي. معظم هذه التفاعلات هي تفاعلات أكسدة واختزال، وتنتج الماء وثاني أكسيد الكربون كنواتج ثانوية.
يؤدي نقل الإلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال إلى تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. توجد مادة إلكتروليتية بين القطبين. يُنقل الوقود إلى كل قطب على حدة. لنفترض أنه في خلية الوقود، يُنقل الهيدروجين إلى المصعد، ويُنقل الهواء إلى المهبط. في هذه الحالة، يميل المحفز الموجود على جانب المصعد من الخلية إلى تحليل جزيئات الهيدروجين إلى جزيئات أصغر، مثل البروتونات والإلكترونات.
يحاول كلا العنصرين الانتقال نحو الكاثود عبر مسارات مختلفة. تتبع الإلكترونات قناة خارجية إلى الكاثود، موفرةً التيار، بينما تمر البروتونات عبر غشاء الإلكتروليت إلى الكاثود، حيث تتفاعل مع جزيئات الأكسجين والإلكترونات لتكوين الماء والحرارة كنواتج ثانوية.
اقرأ أيضاً: أفضل 30 شركة للطاقة المتجددة في الهند
قائمة ببعض تطبيقات خلايا الوقود
دعونا نلقي نظرة على عشرة استخدامات لخلايا وقود الهيدروجين، بعضها قد لا تكون على علم به!
1. إدارة المستودعات: تتجه العديد من منظمات التخزين والتوزيع الكبيرة إلى خلايا وقود الهيدروجين لتشغيل الشاحنات النظيفة والرافعات الشوكية والرافعات اليدوية وغيرها من المعدات.
٢. التوزيع الدولي: تتمتع خلايا الوقود بالمدى والطاقة اللازمين للنقل لمسافات طويلة والتوزيع المحلي. وتقوم شركات نيكولا وهيونداي وتويوتا وكينوورث ويو بي إس حاليًا بتصنيع شاحنات نقل ثقيلة وشاحنات صغيرة تعمل بالهيدروجين.
3. الحافلات: يجري دراسة استخدام طاقة الهيدروجين في مختلف وسائل النقل العام، بما في ذلك حافلات خلايا وقود الهيدروجين. وقد أجرت عدة مدن كبرى تجارب على حافلات تعمل بالهيدروجين، منها شيكاغو وفانكوفر ولندن وبكين.
4. القطارات: وصلت قطارات خلايا وقود الهيدروجين الآن إلى ألمانيا، ومن المتوقع وصول المزيد من الأنواع إلى المملكة المتحدة وفرنسا وإيطاليا واليابان وكوريا الجنوبية والولايات المتحدة خلال السنوات الخمس المقبلة.
5. المركبات الفردية: تعمل تسع شركات تصنيع سيارات كبرى على تطوير مركبات كهربائية تعمل بخلايا وقود الهيدروجين (HFCEVs) للاستخدام الشخصي. ومن بين الطرازات البارزة: تويوتا ميراي، وهوندا كلاريتي، وهيونداي نيكسو، وبي إم دبليو 1 هيدروجين نكست.
6. الطائرات: استكشفت العديد من المشاريع التجريبية، بما في ذلك النموذجين الأوليين باثفايندر وهيليوس، استخدام خلايا وقود الهيدروجين في مجال الطيران والفضاء. استخدمت هذه المركبات غير المأهولة طويلة المدى نظامًا هجينًا بخلايا وقود الهيدروجين التي تعمل بالطاقة الشمسية، مما يتيح نظريًا طيرانًا متواصلًا غير محدود ليلاً ونهارًا.
٧. توليد الطاقة الاحتياطية: تُستخدم خلايا الوقود الثابتة في أنظمة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS) حيث يُعد استمرار التشغيل أمرًا بالغ الأهمية. وتتجه المستشفيات ومراكز البيانات بشكل متزايد إلى الهيدروجين لتوفير الطاقة الاحتياطية. وقد تصدرت مايكروسوفت عناوين الأخبار مؤخرًا لنجاحها في اختبار مولدات الطاقة الاحتياطية الجديدة التي تعمل بالهيدروجين، والتي سمحت لخادم أحد مراكز البيانات بالعمل بالهيدروجين فقط لمدة يومين.
8. توليد الطاقة المتنقلة: يوفر الهيدروجين خيارات عديدة لتوليد الطاقة المتنقلة. في الواقع، أنتجت وكالة ناسا بعضًا من أوائل خلايا وقود الهيدروجين لتشغيل الصواريخ ومكوك الفضاء في الفضاء.
9. المركبات الجوية غير المأهولة (UAVs): تعاني العديد من التطبيقات المبتكرة للمركبات الجوية غير المأهولة (مثل الطائرات المسيّرة)، بدءًا من توصيل الطرود وصولًا إلى مهام البحث والإنقاذ، من قصور كبير بسبب الطاقة والمدى اللذين توفرهما البطاريات التقليدية. ويعتزم كل من القطاع العسكري والقطاع الخاص معالجة هذه المشكلات باستخدام خلايا وقود الهيدروجين، التي يصل مداها إلى ثلاثة أضعاف مدى الأجهزة التي تعمل بالبطاريات. وتوفر خلايا الوقود نسبة طاقة إلى كتلة أعلى، ويمكن إعادة شحنها في غضون دقائق.
١٠. القوارب والغواصات: تُستخدم خلايا وقود الهيدروجين في تطبيقات بحرية متنوعة. بعض القوارب، مثل "إنرجي أوبزرفر"، تُنتج الهيدروجين الخاص بها لنظام خلايا الوقود باستخدام الألواح الشمسية وتوربينات الرياح الموجودة على متنها. تُوفر خلايا وقود الهيدروجين بديلاً للطاقة النووية للغواصات العسكرية الشبحية، مثل الغواصة الألمانية من طراز 212، لما تتميز به من مدى طيران طويل، وإبحار صامت، وانبعاث حرارة منخفض.
تُعدّ خلايا الوقود بديلاً واعداً لوقود السيارات الحالي. ورغم أن بعض جوانب هذه التقنية، مثل التخزين الفعال على متن السيارة، تتطلب مزيداً من التطوير، فلا يوجد ما يمنع خلايا الوقود من أن تصبح وقود نقل مريحاً وجذاباً مثل الديزل أو البنزين اليوم. آمل أن يكون هذا المقال قد يسهّل فهم مزايا وعيوب خلايا الوقود. يُرجى مشاركة استفساراتكم في قسم التعليقات.
موصى به: مزايا وعيوب طاقة المد والجزر
