خلايا الوقود cells Fuel :

‏تحمل هذه الوسائل التي تولد الكهرباء بدون تحريك أجزائها الآلية ، إمكانيات مهمة جدا . فقد عرفت إمكاناتها النظرية منذ عهد طويل ، لكن وحداتها التطبيقية لم تصبح ممكنة إلا في وقت متأخر، ومما يحد من مداها حتى اليوم حاجتها إلى وقود نظيف تماما . وخلية الوقود في الأساس جهاز لا يحتوي على أجزاء متحركة ، يمكن فيه لوقود كالهيدروجين أو الغاز الطبيعي أو الميثانول أو البروبان أن يتحول مباشرة إلى ضعف الطاقة الكهربائية التي تنتج من مجموعة المرجل - العنفة - المولد . يصل مردود هذا الجهاز إلى40  ‏- 80 %  مقابل النسبة العادية 25 ‏- 40 % ‏.

‏تختلف خلية الوقود عن البطارية المختزنة الغلفانية Battery  Storage ‏في أنه يتم إدخال وقودها الغازي أو السائل وكذلك عامل الأكسدة من الخارج ، بينما تحتفظ البطارية الغلفانية بوقودها الصلب وعامل الأكسدة على صفائح وتعمل على استهلاكهما . تعمل خلية الوقود بطريقة كهربائية كيميائية ، أو بتعبير حرفي أكثر بطريقة " كيميائية كهربائية " ، كما تبين الصورة 1 ‏- 1 ‏. هذه الخلية عمليا عبارة عن مفاعل يصل فيه الهيدروجين كتيار تغذية أو وقود إلى حيز فارغ مواز لأنود Anode  ‏التوصيل الكهربائي المسامي . يمكن صنع هذا الأنود من الكربون المسامي مع مادة حفازة معدنية كالبلاتين الذي يعمل كيميائيا على تبديل ذرات الهيدروجين إلى أيونات هيدروجينية مشحونة إيجابيا وإلى إلكترونات . تترك الإلكترونات الأنود وتنجز العمل وتدخل إلى الكاثود  Cathode ، وأثناء ذلك نهاجر الأيونات المشحونة إيجابيا عبر الإلكتروليت Electrolyte ‏( KOH او H2SO4 50 % مثلا  ) المجتذب من قبل أكسجين الكاثود . ولإكمال التفاعل يحتجز الأكسجين الالكترونات أيضأ ، ويتولد الماء ويطرح من الخلية . تنظم الخلية بحيث يتوجب على الإلكترونات أن تنتقل إلى الأنودات ، وتغادر الخلية عبر سلك ، وتدخل الخلية من جديد إلى الكاثود . عندما تكون الإلكترونات خارج الخلية تشكل تيارا كهربائيا وتعطي عملا .                  

 ‏الصورة 1 ‏- 1 ‏. خلية وقود هيدروجينية - أكسجينية ينقل التيار  في داخلها بواسطة أيونات الهيدروجين المتحركة .

‏يشير النقص في الطاقة الحرة إلى أن الهيدروجين والأكسجين سيتفاعلان ‏بسرعة أكبر؛ وخلية الوقود سوف تؤمن تلك الألية . تعمل خلايا وقود الأكسجين- الهيدروجين عند درجة الحرارة 25 ‏مئوية ، واذا علمنا أن الخلية المفردة تنتج حوالي فولطا واحدا من التيار المستمر فقط ، وبالتالي نحتاج إلى خلايا عديدة على شكل متسلسل لإنتاج الفولطية المفيدة .

‏استخدام الغاز الطبيعي أو البروبان في خلايا الوقود ، في مناطق كثيرة من الولايات المتحدة أقل كلفة بكثير من شراء الكهرباء المولدة . و تخفض التكلفة عند استخدام الهواء بدلا من الأكسجين كمؤكسد . تمت دراسة كثير من المواد الكيميائية  الأخرى لاستخدامها في تشغيل خلايا الوقود . والخلايا الشائعة تعمل على أكمدة الميتانول إلى حمض الفورميك . ومن المسائل التي يتوجب إيجاد حلول لها هي التكاليف النسبية والتصميم العملي لخلية كفوءة . تعد خلايا الوقود من الوسائل المهمة ‏لإنتاج الطاقة النافعة والتي يجري بحثها في هذه الأيام .

‏تبين الصورة 2 ‏- 1 ‏نموذجا لخلية وقود تجارية لتوليد الكهرباء بمردود يزيد على 40‏ % . فإذا ما وضعت وحدة من هذا النوع حيث يمكن استخدام الحرارة المهدورة المتولدة للتدفئة ( مكاتب ، شقق سكنية ، منازل ا فإنه يمكن الحصول على أكثر من 80 ‏% من المردود الحراري ، وتنخفض أيضا تكاليف نقل الكهرباء عندما يكون جهاز التوليد قريبا من المستهلك . وبما أن هذه الوحدات هادئة وغير ملوثة فإنها يمكن وضعها في المناطق السكنية .

الصورة 3-1 . نموذج التكنولوجيات الموحدة مشتت 26-MW قيد التطوير للاستخدام الكهربائي العام ، صمم لتوليد الكهربائي بمردود 40% . تستخدم فيه النفتا naphtha كوقود .

مواضيع ذات صلة

صناعة حمض الكبريتيك

تركيب حامض الكبريتوز

كلوريد الثيونيل Thionyl Chloride

حامض الكبريتوز: Sulphureous Acid

مركبات الكبريت مع الأكسجين

مركبات الكبريت مع الهيدروجين

الكبريت الغروي

الحصول على الكبريت من المناجم Sulphur Mining

الأشكال التأصلية للكبريت

الاختبارات الخاصة للورق

تحويل اللب إلى ورق

صناعة الورق