Download
1 / 30
E N D
تاريخ تطور خلايا الوقود:-يمكن ان نقول انه تم اختراع تقنية خلية الوقود على يد ولشمان سير ويليام جروفWelshman Sir WilliamGroveفى عام 1839 حيث ان اختراعه لبطارية الغاز الفولتيةgas voltaic battery هو الذىاعطى العلماء بعد ذلك مبادئ تفنية خلية الوقود .
وفى عام 1960 استخدمت ناسا NASA – national aeronautics and space administration تقنية خلايا الوقود عمليا فى توليد الكهرباء و تشغيل سيارة فضائية صغيرة spacecraft وبعد ذلك ظل التطور فى خلايا الوقود مستمر فى فترة السبعينيات حتى بداية الثمانينيات عندما بدأ يدخل فى صناعة السيارات
ما هى خلايا الوقود؟:-هى ببساطة جهاز لتحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربية حيث ان خلية الوقود تعمل على تحويل الهيدروجين والاكسجين الى ماء ومن خلال هذا التفاعل ينتج تيار كهربى يستفاد به.
وخلايا الوقود تنافس بشدة العديد من مصادر توليد الكهرباء الاخرى مثل التربينات الغازية gas turbine و محطات توليد القوى الضخمة city's power plant حتى انها تنافس البطارية الصغير التى قد نستخدمها فى تشغيل الكومبيوتر المحمول LapTop .
ويعتبر السبب الاساسى فى تفوق خلايا الوقود عن باقى مصادر توليد الكهرباء السابق ذكرها هو زيادة الكفاءة الشديدة حيث ان معظم هذة المصادر تستخدم حرق الوقود للحصول على طاقة مما يزيد من التلوث كما ان الطاقة الناتجة ليست بالقوة التى قد تنتجها خلية الوقود.
Proton Exchange Membrane (PEM) وهى تعتبر من افضلانواع خلايا الوقود واصغرها فى الحجم بالنسبة للطاقة الناتجة منها .وهذا النوع من خلايا الوقود هو الاكثر انتشارا فى العالم كما انه هو المستخدم فى مجالات السيارات لصغر حجمه .
Alkaline :- الالكالاين يستخدم فى هذا النوع من خلايا الوقود ولكن المشكلة الاساسية لهذا النوع على الرغم من قوة التيار الناتج هى انه يحتاج الى هيدروجين نقى تماما واكسجين نقى تماما حتى يبدأ التفاعل وهذا النوع يعتبر من اقدمالانواع حيث اخترع فى عام 1960
Phosphoric Acid :- وهذا النوع لا يستخدم فى مجالات الصناعة بسبب كبر حجمة و زيادة درجة حرارة التفاعل بشدة و تأكل الالكتروليداحيانا بسبب الحرارة.
Molten Carbonate:- هذا النوع من اكثر خلايا الوقود تعقيدا حيث انه يتطلب درجة حرارة عالية لبدء التفاعل علاوة على حجمه الكبير و يستخدم في محطات توليد الطاقة
Solid Oxide :- وهو ايضا يحتاج إلى حرارة عالية لبدء التفاعل ولكن يميزه قله كمية الأكسجين و الهيدروجين المستخدمة في توليد نفس الكمية من الطاقة بالمقارنة بالأنواع الأخرى.ومن هذا نرى ان النوع الاول هو الذىيهمنا فى هذا التقرير وهذا حيث انه النوع المستخدم فى السيارات
Proton Exchange Membrane (PEM) يتكون كما بالشكل,,
· القطب الموجب Anode · القطب السالب Cathode· الالكتروليدProton Exchange Membrance· المحفز catalyst وبكل بساطة تعتمد فكرة عمله على انتقال ذرات الهيدروجين من الانود القطب الموجب الى ذراتالاكسجين الموجودة بالكاثود القطب السالب ومع مرورها وتفاعلها يتولد تيار كهربى و يكون ناتج التفاعل هو الماء , و المعادلات التالية توضح العمل
:-Anode side:2H2 => 4H+ + 4e- Cathode side:O2 + 4H+ + 4e- => 2H2ONet reaction:2H2 + O2 => 2H2O
طريقة العمل بالتفصيل:- طريقة العمل بالتفصيل:-
ناحية الكاثود:-يتم دفع الاكسجين الى الكاثود و يمر خلال المحفز catalyst الذى يقوم بشطر ذرة الاكسجين الى ايونين سالبين O-
ناحية الانود:-كما نرى بالشكل يتم ضغط و دفع ذرات الهيدروجين الى خلية الوقود من ناحية الانود –القطب الموجب- وعند دخول الهيدروجين المضغوط الى الانود يمر اولا عبر المحفز catalyst
وتخرج الخلية الواحدة من خلايا الوقود تقريبا 0.7 فولت ويتم توصيل اكثر من خلية على التوالى للحصول على قيمة الفولت المطلوب.
وتعبر المشكلة الاساسية فى هذا النوع والتى عاقت دون دخوله فى مجال السيارات لفترة طويلة هى انه لتوليد الطاقة منه نحتاج الى اكسجين و هيدروجين بالنسبة للاكسجين فمن السهل الحصول عليه من الهواء الجوى و متوافر و لكن المشكلة الحقيقية كانت فى الهيدروجين حيث انه لا يتواجد الا فى طبقات الهواء العليا و استخلاصه كان نوعا ما صعبا ولذلك ظل العلماء يبحثون عن وسيلة اخرى لتوليد الطاقة غير الهيدروجين
هل خلايا الوقود افضل فعلا ؟ربما السؤال الذى قد يأتى على مخيلتك الان هل خلايا الوقود افضل للاستخدام فى السيارات ام لا ؟ هل تعطينا كفاءة اعلىتحعلها ندا للتقنيات المستخدمة حاليا. وهذا ما سوف نقوم بمناقشتة فى السطور القادمة ان شاء الله.لكى نعرف هل خلايا الوقود افضل بالفعل سوف نقوم اولا بدراسة كفاءة السيارة عند استخدام خلايا الوقود و كفاءة السيارة عند استخدام المحرك الحرارىالتقليدى و ايضا كفاءة السيارة عند استخدام المحرك الكهربى وبعدها يمكن ان نحدد ايهمافضل.
اولا:-خلايا الوقود و السيارات:-حسب الاختبارات الحديثة للسيارات التى تستخدم خلايا الوقود وجد انه اذا قمنا بأستعمال هيدروجين نقى تماما فأنه يمكن ان نحصل على طاقة بكفاءة تصل الى 80 % تقريبا , ولكن كما اوضحنا من قبل انه لا يمكن الحصول على الهيدروجين النقى بسهولة خاصة فى السيارات و لذلك يستخدم بدل منه الوقود الكحولىاوالهيدروكربونات ولكنها تخرج هيدروجين غير نقى تماما مما يسبب نقص فى الكفاءة لتصل من 40 الى 30 %تقريبا.هذا بالنسبة للطاقة الكهربية الخارجة فى السيارات مازلنا نحتاج الى تحويل هذة الطاقة الكهربية الى طاقة حركية عن طريق موتور و الاختبارات الاخيراسفرت عن انه تقريبا تصل الكفاءة الكلية النهائية الخارجة لى على هيئة طاقة حركية من الموتور تصل الى من 32 % الى 24 % تقريبا .
ثانيا:-المحركات الحرارية و السيارات:-المحركات الحرارية هى المحركات التى تستخدم الوقود الحفرى – الديزيلاو البنزين – فى توليد طاقة حرارية عن طريق حرق هذا الوقود و تحول هذة الطاقة الحرارية الى طاقة حركية . وهذا هو المحرك التقليدى المستخدم فى السيارات كلها.حسب الاختبارات التى تم اجرائها على هذا النوع من المحركات لمعرفة الكفاءة الفعلية المستفادة من هذا المحرك و لا تتفاجأ من الامر ولكنه وجد عمليا ان الكفاءة الكلية لهذا النوع من المحركات منخفضة جدا جدا تصل الى 20 % فقط !!!!!!!!!
ثالثا:-المحركات الكهربية و السيارات:-المحركات الكهربية موجود فى السيارات منذ مدة طويلة و هى تعتمد على فكرة وجود محرك كهربىتقليدى يعمل بالبطاريات واثبتت الاختبارات على هذا النوع من المحركات و قد تندهش للمرة الثانية انه عالى الكفاءة جدا قد تصل الكفاءه الكلية 72 % تقريبا وهذا يعنى انه افضلالانواع استخداما ولكن العيب القاتل فى هذا النوع هو احتياجة الدائم الى الشحن للبطاريات ولذلك يتخدم فى الاماكن المغلقة مثل ملاعب الجولف و الشركات الضخمة و الجامعات ( فى الدول المتقدمة بالطبع J)
خلايا الوقود و استخدمها فى السيارات:-فى البداية بدأ استخدام خلايا الوقود فى المركبات الكبيرة وخاصة الاتوبيساتBuses وذلك لكبر حجم خلايا الوقود فى البداية ولكن مع التطور المستمر صغر حجم خلية الوقود جدا لدرجة جعلها تصلح فى الاستخدام فى السيارات الصغيرة
وبدأت بالفعل خلايا الوقود الهيدروجينية من النوع PEM السابق شرحه فى الدخول فى عالم السيارات ومن المفترض ان تحل محل السيارات ذات المحركات التقليدية فى المستقبل القريب جدا و المتوقع ان تبدأ فى الانتشار الواسع فى السيارات بعد سنة 2010 و السيارات الموجود حالية تستخدم الميثيلين كما قلنا من قبل كما ويوجد بعض الشركات قد طورت نوع خاص من الوقود يمكن يمكن استخلاص من الهيدروجين و مازالت الشركات حتى هذة اللحظة تحاول تطوير وسائل أخرى لاستخلاص الهيدروجين بطريقة افضل و انقىلكىتزيد من كفاءة خلية الوقود.
الاسم: محمد معتوق السليماني المادة:الكيمياء الكهربية المجموعة:1
