اقرأ في هذا المقال
ما هي خلية وقود الهيدروجين؟
هي عبارة عن جهاز تم تصميمه لتحويل الطاقة الكيميائية إلى كهرباء، حيث أنه من المفترض أن تكون بديلاً آمنًا ونظيفًا لحرق الوقود الأحفوري لتوليد الطاقة من بين أشياء أخرى، كما تطلق خلية وقود الهيدروجين ثاني أكسيد الكربون في أحجام أصغر، وأن الآلية الأساسية وراء هذه الأنواع من خلايا الوقود هي أن الطاقة يتم إنشاؤها من تفاعل أيونات الهيدروجين الإيجابية وعامل مؤكسد والذي غالبًا ما يكون الأكسجين، على عكس البطاريات تحتاج خلايا وقود الهيدروجين إلى مصدر مستمر للأكسجين أو وقود آخر من أجل الحفاظ على حدوث التفاعل الكيميائي مما يعني أنها يمكن أن تعمل باستمرار طالما أنها مزودة بالمدخلات الأساسية.
الهيدروجين هو العنصر الأكثر شيوعًا المتاح على كوكب الأرض، حيث تتكون ذرة الهيدروجين من بروتون واحد وإلكترون واحد، وعلى الرغم من أنه متوفر بكثرة إلا أنه لا يحدث كغاز على الأرض. الماء على سبيل المثال يحتوي على ذرتين من الهيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين مرتبطة ببعضها البعض، وهناك حاجة لعملية تسمى التحليل الكهربائي لفصل الماء إلى مكوناته من الأكسجين والهيدروجين.
تجمع خلية وقود الهيدروجين بين الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الكهرباء والحرارة والماء، ونظرًا لأن الهيدروجين غني بالطاقة ولا ينتج عنه أي تلوث تقريبًا فإنه يستخدم كوقود لدفع مكوك الفضاء والصواريخ إلى المدار، كما تعمل هذه الخلايا على تشغيل الأنظمة الكهربائية للمكوك وتنتج المياه النظيفة كمنتج ثانوي، لا سيما إنه يوفر جهد تيار مستمر (تيار مباشر) يمكن استخدامه لتشغيل المحركات وتشغيل أي عدد من الأجهزة الكهربائية.
ما هي فوائد خلايا وقود الهيدروجين؟
- أكثر فعالية: بالمقارنة مع الوسائل التقليدية لتشغيل السيارات وتدفئة المنازل على سبيل المثال مثل استخدام الوقود الأحفوري مثل الفحم والغاز فإن خلايا وقود الهيدروجين أكثر كفاءة، حيث إنها تنتج طاقة أكثر بكثير لبعض كمية المكونات المستخدمة، وهذا يجعلها أنظف كثيرًا من الوقود الأحفوري. عادةً يحتاج الوقود الأحفوري إلى الكثير من الاحتراق ويلزم إطلاق المزيد من المواد الكيميائية وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من أجل تحقيق نفس القدر من الطاقة.
- خلايا وقود الهيدروجين هادئة: في حين أن التنقيب عن الوقود الأحفوري ونقله هو أمر فوضوي وصاخب فإن خلايا وقود الهيدروجين تعمل في الواقع بصمت، وبالمقارنة مع محركات الاحتراق الداخلي على سبيل المثال السيارات التي تصدر ضوضاء شديدة فإن خلايا وقود الهيدروجين لا تصدر أي صوت. إذا كان من المقرر استخدام هذه الأصوات للسيارات فيجب إضافة أصوات المحركات الاصطناعية من أجل سلامة المشاة والحيوانات.
- القضاء على التلوث: من خلال التحول من حرق الوقود الأحفوري للحصول على الطاقة إلى استخدام خلايا وقود الهيدروجين سننتقل بشكل فعال من أحد أسوأ الملوثات إلى مصدر طاقة لا يسبب أي تلوث على الإطلاق، وإلى جانب الكميات الضئيلة من ثاني أكسيد الكربون والماء لا توجد منتجات ثانوية أو نفايات عند استخدام خلايا وقود الهيدروجين.
- وقت تشغيل أطول: بشكل عام تميل خلايا وقود الهيدروجين إلى أن تدوم لفترة أطول بكثير من البطاريات العادية الأخرى التي تستخدم المواد الكيميائية لإنتاج الطاقة، ونظرًا لأن مضاعفة وقت تشغيل خلية وقود الهيدروجين يعني مضاعفة كمية الوقود بدلاً من مضاعفة سعة الوحدة (كما هو الحال مع البطارية) فمن الأسهل بكثير تشغيل خلايا الوقود لفترات زمنية أطول دون بذل جهد إضافي.
- لا مزيد من النضالات الاقتصادية: تم العثور على الوقود الأحفوري في جميع أنحاء العالم، ولكن بعض البلدان تقوم بإحتكاره، وهذا يعني أنه يمكنهم التفاوض مع الدول الأخرى حول سعر الوقود الأحفوري، ويمكنهم حتى تضخيم السعر بشكل مصطنع، والذي يشعر به المستهلكون في نهاية الخط.
من ناحية أخرى نظرًا لأن خلايا وقود الهيدروجين يمكن تصنيعها داخل أي بلد وليست مملوكة لأي شخص أو شركة أو دولة واحدة فإنها لا تسبب أيًا من المشكلات الاقتصادية العالمية التي يسببها الوقود الأحفوري، وهذا يعني أن البلدان في جميع أنحاء العالم يمكن أن تكون أكثر اعتمادًا على نفسها وأقل اعتمادًا على البلدان الأخرى مما يوفر أمانًا كبيرًا للطاقة لكل دولة تختار استخدام خلايا وقود الهيدروجين. - لا حاجة للشبكات: يتم توزيع الوقود الأحفوري عبر شبكات الطاقة لضمان حصول كل من يحتاج إليها على الطاقة. يمكن أن تكون خلايا وقود الهيدروجين مستقلة عن الشبكة لأنه يمكن استخدامها في أي مكان به مصدر للطاقة وكذلك مصدر للمياه، وهذا بدوره يعني أن توليد الوقود بواسطة خلايا وقود الهيدروجين يمكن توزيعه بالتساوي دون الحاجة إلى شبكة مركزية.
تحديات خلايا وقود الهيدروجين:
لسوء الحظ تقدم خلايا وقود الهيدروجين أيضًا بعض المشكلات التي تمنع حتى الآن إطلاقها العالمي في سوق الطاقة، وعلى الرغم من وجود العديد من الفوائد إلا أن هناك بعض التحديات التي قد يبدو أنها تفوق هذه المكافآت، وهذا هو السبب في أن المطورين والعلماء لا يزالون يعملون بجد لتطوير خلايا وقود هيدروجين أفضل وأكثر كفاءة وأمانًا بحيث تصبح قريبًا بديلاً قابلاً للتطبيق للوقود الأحفوري. فيما يلي بعض تحديات خلايا وقود الهيدروجين:
- غير مفيد للشركات الكبيرة: من المؤكد أن الشركات الكبرى لن تساهم بالمال في تطوير خلايا وقود الهيدروجين، وذلك بسبب الارباح الهائلة التي يحصدونها من ثمار الوقود الأحفوري، فمن مصلحتهم الاستمرار في توزيع الوقود الأحفوري، وعندما يبدأ في النفاد يقومون بجمع المزيد من كمية الأموال، حيث يؤدي الطلب إلى ارتفاع الأسعار. قد يُنظر إلى خلايا وقود الهيدروجين التي تقدم أموالًا أقل لهذه الأنواع من الشركات على أنها مشكلة لرجال الأعمال.
- يمكن أن تكون باهظة الثمن: لسوء الحظ ونظرًا للحاجة إلى مواد مثل البلاتين في تكوين خلايا وقود الهيدروجين فقد يكون صنع هذه الخلايا في المتوسط أكثر تكلفة بكثير من التنقيب عن الوقود الأحفوري ونقله وتنقيته، وبالطبع على مدار عدد من السنوات سينتهي الأمر بخلايا وقود الهيدروجين إلى دفع ثمنها بنفسها من الأموال التي ستدخرها، لكن التكلفة الأولية أعلى قليلاً مما يرغب معظم المستثمرين.
- هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة: لا تزال دراسة أنواع الوقود البديلة جارية، ولا يزال العلم الكامن وراء أشياء مثل خلايا وقود الهيدروجين حديثًا نسبيًا (حتى الفكرة الأولى لخلية وقود الهيدروجين كانت موجودة في القرن التاسع عشر)، مما يعني أنه لا يزال هناك الكثير من الأشياء التي لم يتم اختبارها، وهذا يعني أن سوق الطاقة لن يرى خلايا وقود الهيدروجين كبديل عملي لأنواع الوقود الأحفوري الرئيسية والطاقة النووية ربما حتى لسنوات قليلة أخرى.
- ليست قوية جدا: على عكس الفحم والغاز والنفط فإن خلايا وقود الهيدروجين ليست قوية بشكل رهيب، ولسوء الحظ بسبب الأعمال الدقيقة والمعقدة التي تتطلبها فإنهم أكثر حساسية لمحيطهم وبيئتهم، ويمكن أن يجعلهم المعنى والتلوث ودرجة الحرارة عديمة الفائدة. بالنسبة لمعنى الوقت هذا يعني أنه لا يمكن استخدامها في الجو الحار جدًا أو شديد البرودة، وإذا لم يتم حل هذه المشكلة فهذا يعني في النهاية أن الأماكن التي غالبًا ما تعاني من البرودة الشديدة أو الحرارة لن تستفيد من هذه التقنية التالية.
- قضايا السلامة: الفكرة الرئيسية حتى الآن لتطبيق خلايا وقود الهيدروجين في الحياة اليومية هي وضعها في السيارات، حيث تم تطوير التكنولوجيا مع وضع ذلك في الاعتبار ويعمل العلم بشكل مثالي.
وأن المشكلة الحقيقية الوحيدة هي مسألة السلامة، لأن الهيدروجين قابل للاشتعال بدرجة كبيرة (أكثر من الوقود العادي) ويصعب احتوائه أكثر من النفط، وهذا يعني أن أي سيارة مزودة بخلايا وقود الهيدروجين من المرجح أن تنفجر أو تشتعل في حالة تعرضها للحرارة الشديدة أو في حالة تعطلها أو ارتفاع درجة حرارتها. من الواضح أن مشكلة السلامة هذه مشكلة كبيرة لأولئك الذين يأملون في تطبيق مصدر الطاقة الجديد هذا في سياراتهم.
