9 عيوب خلية الوقود التي نحتاج إلى التفكير فيها أيضًا

إن مزايا خلايا الوقود هائلة؛ ومع ذلك، في هذا المقال، سوف نتعمق في بعض عيوب خلايا الوقود التي نحتاج إلى أخذها في الاعتبار أيضًا عند استهلاكنا للطاقة.

أصبح الناس والبلدان في جميع أنحاء العالم يشعرون بالقلق بشكل متزايد مع تزايد زخم التحديات المناخية. وتتطلع الحكومات في جميع أنحاء العالم إلى المزيد مصادر توليد الطاقة والطاقة صديقة للبيئة وطويلة الأمد.

ويشكل التوسع في تطبيق التكنولوجيا المتجددة، مثل السيارات الكهربائية، مثالا جيدا على كل هذا. تعد تكنولوجيا خلايا الوقود ابتكارًا آخر يحظى بشعبية كبيرة في جميع أنحاء العالم.

A خلية الوقود هو جهاز يولد الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية من خلال استخدام الوقود. خلايا الوقود هي خلايا كهروكيميائية تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود (عادة الهيدروجين) وعامل مؤكسد (عادة الأكسجين) إلى كهرباء باستخدام زوج من تفاعلات الأكسدة والاختزال.

وهي تختلف عن معظم البطاريات في حاجتها إلى مصدر مستمر للوقود والأكسجين (من الهواء بشكل منتظم) للحفاظ على التفاعل الكيميائي.

وعلى النقيض من البطاريات، فإن خلايا الوقود ليست أجهزة لتخزين الطاقة، ولكنها محولات للطاقة.

من الخارج، بالكاد تختلف خلايا الوقود عن محركات الاحتراق. وعلى عكس محرك الاحتراق الداخلي، لا يتم حرق الوقود الموجود في خلية الوقود، بل يتم تحويله إلى كهرباء وحرارة باستخدام تفاعل كيميائي.

في الوقت الحاضر، تستخدم خلايا الوقود في المقام الأول لإمدادات الطاقة. إحدى المزايا هي تشغيلها بدون انبعاثات وبالتالي فهي بمثابة بديل صديق للبيئة لمحركات الاحتراق الداخلي. ميزة أخرى هي أن الحرارة المهدرة المتولدة يمكن استخدامها بسهولة للتدفئة.

يمكن أيضًا استخدام خلايا الوقود بشكل فعال في التنقل. فمن ناحية، توفر كثافة طاقة عالية، بينما تسمح، من ناحية أخرى، بإعادة ملء خزان الوقود بسرعة.

في قطاع المركبات التجارية، تعد خلايا الوقود عنصرًا أساسيًا في التنقل المستقبلي، ليس كبديل، بل بالاشتراك مع البطاريات. في التطبيقات التي تتطلب كميات كبيرة من الطاقة وتكون المساحة باهظة الثمن، تواجه البطاريات وحدها قيودًا فنية.

الوزن مرتفع وكذلك متطلبات المساحة. بالنسبة للتطبيقات التجارية والمركبات الثقيلة، فإن هذا يثير التساؤلات حول مدى ملاءمة الاستخدام اليومي للكهرباء المباشرة عبر البطاريات.

تم تصميم خلية الوقود بحيث تتكون كل خلية وقود من قطبين كهربائيين (الأنود والكاثود) يفصل بينهما محلول كهربائي. الأقطاب الكهربائية موصلة للإلكترونات، في حين أن المنحل بالكهرباء يكون منفذًا فقط لنوع معين من الأيونات (الذرات المشحونة كهربائيًا).

يمكن لخلايا الوقود توليد الكهرباء بشكل مستمر طالما يتم توفير الوقود والأكسجين. مثل أي مصدر للطاقة، لخلايا الوقود مزاياها وعيوبها. ومع ذلك، في هذه المقالة، سنعرض بالتفصيل عيوب خلايا الوقود، التي ستحتاج إلى أخذها في الاعتبار عند استخدامك لخلايا الوقود.

9 عيوب خلية الوقود

تستمر المناقشات حول مزايا وعيوب خلايا الوقود، ولكن على الرغم من القيود الحالية، لا تزال خلايا الوقود، إلى حد كبير، بديلاً صديقًا للبيئة للوقود الأحفوري ويمكن استخدامها لتوفير طاقة ودفع مرنة وعالية الكثافة لمجموعة واسعة من المحركات. المنشآت الصناعية ووسائل النقل.

ومع ذلك، هناك بعض القيود على الوقود التي نحتاج إلى أخذها في الاعتبار.

ومن ثم، فإن القائمة والمناقشتها أدناه هي بعض العيوب والعيوب والتحديات التي تواجه خلايا الوقود.

• إزالة الهيدروجين
• الاستثمار من أجل التنمية
• جمع الهيدروجين
• قابل للاشتعال للغاية
• تكلفة المواد الخام
• الإنفاق الإجمالي
• دورة تأسيسية
• القضايا التنظيمية
• صعوبات في الإدارة

1. إزالة الهيدروجين

على الرغم من كونه العنصر الأكثر وفرة في الكون، إلا أن الهيدروجين لا يوجد بمفرده؛ ويجب جمعه من السائل عن طريق التحليل الكهربائي أو فصله عن الوقود الأحفوري الكربوني.

تتطلب كل طريقة من هذه الطرق بالضرورة قدرًا كبيرًا من الطاقة لإنجازها. ويمكن أن تكون هذه الطاقة أكثر من تلك المكتسبة من الهيدروجين نفسه، فضلا عن كونها باهظة.

علاوة على ذلك، فإن هذه الإزالة عادة ما تتطلب استخدام الوقود الأحفوري، مما يقوض الكفاءة البيئية للهيدروجين بسبب النقص الواضح في احتجاز الكربون وتخزينه.

2. الاستثمار من أجل التنمية

تحتاج خلايا وقود الهيدروجين إلى التمويل لتطويرها إلى الحد الذي تصبح فيه مصدرًا حقيقيًا للطاقة. وسيتطلب ذلك أيضًا إرادة سياسية لإنفاق المال والوقت على التطوير لتعزيز التكنولوجيا وتطويرها.

ولكن التحدي العالمي أو العائق أمام تطوير طاقة هيدروجينية مستدامة وواسعة النطاق هو أفضل السبل لبناء سلسلة العرض والطلب بالطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة ونظام الكمية.

3. جمع الهيدروجين

إن نقل وتخزين الهيدروجين أصعب بكثير من نقله وتخزينه غاز طبيعي والفحم.

ونتيجة لذلك، هناك نفقات إضافية عند استخدام خلايا الوقود كمصدر للطاقة.

4. شديدة الاشتعال

الهيدروجين هو مصدر وقود شديد الاشتعال، الأمر الذي يتطلب مستوى عال من الاهتمام بالسلامة.

يشتعل غاز الهيدروجين في الغلاف الجوي بتركيزات تتراوح من 4 إلى 75 بالمائة، ويشتعل غاز الهيدروجين في الغلاف الجوي.

5. تكلفة المواد الخام

عادة ما تكون هناك حاجة للمواد الخام مثل الإيريديوم والبلاتين كمحفزات في خلايا الوقود وبعض أنواع المحلل الكهربائي للمياه، مما يشير إلى أن التكلفة الأولية لخلايا الوقود والتحليل الكهربائي للمياه يمكن أن تكون باهظة.

هذه التكلفة المرتفعة تمنع بعض الأفراد من الاستثمار في تكنولوجيا خلايا الوقود. ويجب تخفيض هذه التكاليف لجعل خلايا الوقود مصدر وقود صالحًا للجميع.

ومن ثم، لجعل خلايا الوقود مصدرا مجديا وممكنا للطاقة للجميع، لا بد من تخفيض هذه الأسعار.

6. النفقات الإجمالية

بالمقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى بما في ذلك أنظمة الطاقة الشمسية، تكلف خلايا الوقود حاليًا أكثر لكل وحدة طاقة. ومع ذلك، قد يكون هناك تحول مع تطور التكنولوجيا؛ هذه التكلفة تمثل قيدًا على الاستخدام العام للهيدروجين على الرغم من أنه أكثر فعالية بمجرد إنتاجه، على الرغم من أنه أكثر كفاءة بعد توليده.

ويؤثر هذا الإنفاق على الأسعار المستقبلية، كما هو الحال مع أسعار المركبات التي تعمل بالهيدروجين، مما يجعل قبولها على نطاق واسع أمرًا صعبًا في الوقت الحالي.

7. التأسيس

وبما أن الوقود الأحفوري قد تم استخدامه لعقود من الزمن، فإن إطار عمل مصدر الطاقة هذا موجود بالفعل. إن القبول الواسع النطاق لتكنولوجيا خلايا الوقود لتطبيقات السيارات سيتطلب بنية تحتية جديدة لإعادة الإمداد.

ومع ذلك، بالنسبة لتطبيقات المسافات الطويلة مثل تلك الخاصة بمركبات التوصيل والمركبات الثقيلة، يمكن استخدام التزود بالوقود من البداية إلى النهاية.

8. القضايا التنظيمية

هناك أيضًا مشاكل تنظيمية تتعلق بالإطار الذي يمثل نماذج النشر التجارية.

بدون أطر تنظيمية واضحة للسماح للمشاريع التجارية بفهم أساس التكلفة والإيرادات، يمكن للمشاريع التجارية أن تكافح من أجل التوصل إلى قرار الاستثمار المالي (FID).

9. صعوبات في الإدارة

هناك قيود أخرى تفرضها القضايا التنظيمية المرتبطة بعملها والتي تعكس سيناريوهات التطبيقات الصناعية.

قد تسعى المشاريع التجارية إلى الحفاظ على استراتيجية استثمار اقتصادي إذا لم تكن هناك هياكل قانونية محددة تسمح لها بتحقيق أهدافها من حيث التكلفة والمنفعة.

وفي الختام

تؤكد هذه التحديات التي تواجه خلايا الوقود حقيقة أننا ما زلنا بحاجة إلى تعزيز عملنا في استخدام خلايا الوقود لتحقيق الإمكانات الكاملة لخلايا الوقود كعامل تمكين رئيسي لنظام طاقة خالي من الكربون في المستقبل وحل أساسي لمتطلباتنا العالمية من الطاقة، كما وكذلك المساعدة في حماية البيئة والحفاظ عليها.

توصيات

• سيارات الهيدروجين في الهند – التكهنات والحقيقة والخطط
  .
• 7 التأثيرات البيئية لبطاريات الليثيوم أيون في المركبات الكهربائية
  .
• 24 مزايا وعيوب وقود الهيدروجين
  .
• ذوبان أهداف الطاقة النظيفة: دور المواد الكيميائية المتخصصة
  .
• 8 تقنيات تقود تصميم المدن الخضراء لمدن ذكية ومستقبل مستدام