کشفت شرکة مرسیدس عن سیارة من طراز F600 هایجینیوس کاحدث سیارة من سلسلة سیارات الابحاث التی تطورها الشرکة لتکون سیارة المستقبل ، وفکرة هذه السیارة انها تعمل بمحرک کهربائی یستمد طاقته من خلایا الوقود ذات التفاعل الکیماوی الحاصل بین الهیدروجین والاوکسجین لتولید الطاقة الکهربائیة .وتعتبر کفاءة هذا المحرک عالیة بالمقارنة بمحرکات البنزین او الدیزل حیث تستهلک هذه السیارة ما یعادل 2.9لتر لکل مئة کیلومتر . تبلغ القوة القصوی للسیارة 115 حصانا . تم الکشف عن هذه السیارة فی معرض طوکیو للسیارات فی اکتوبر عام 2005 میلادی .
سیارة المستقبل من مرسیدس تعمل بالوقود الهیدروجین
جهاز کمبیوتر دفتری یحصل على الطاقة الکهربیة من خلیة وقود
أصبح البحث عن بدائل للوقود التقلیدی "النفط" أمرًا ضروریاً بالنسبة للدول الصناعیة المتقدمة ولا سیما بعد الارتفاع الملحوظ لاسعار الوقود على مستوى العالم وترصد هذه الدول المبالغ المالیة الطائلة لتمویل ابحاث البحث عن مصادر للطاقة البدیلة والمقصود هنا بدیلة عن النفط، وفی المقابل عکف العلماء والباحثون على إجراء الدراسات والابحاث للحصول على مصادر بدیلة للطاقة، فقد تم تطویر استخدام الطاقة الشمسیة لتولید الطاقة الکهربائیة، واستخدام طاقات المد والجذر وأمواج البحر کطاقات حرکیة یمکن تحویلها لطاقة کهربائیة، أو استخدام المیاه الساقطة من الشلالات لتوید الطاقة الکهربیة والاستعاضة بالعدید من مصادر الطاقة البدیلة عن الوقود التقلیدی.
تم اختراع تقنیة خلایا الوقود فی انجلترا فی منتصف القرن التاسع عشر المیلادی على ید السیر ولیام روبرت جروف William grove، منذ اکثر من 160 عاماً حیث لم یکن یعلم ان اختراعه الذی وضعه فی العام 1839 سیحل مشکلة تواجه العالم فی القرن الواحد والعشرین لاکتشاف خلایا الوقود التی یمکن عن طریقها الحصول على الکهرباء من الهیدروجین أو الکحول دون أی عملیة احتراق؛ وبذلک یکون قد حل المعادلة الصعبة، وهی الحصول على طاقة نظیفة من غیر أن نلوث البیئة وبأقل الأسعار؛ حیث إن المشکلة ثلاثیة الجوانب: الطاقة، والبیئة، والتکلفة. وهی الاتجاهات الثلاثة التی یصبو العلماء لحلها.
تتمیز خلایا الوقود عن البطاریات التقلیدیة فی اعتمادها على دمج عنصری الهیدروجین والأکسیجین لإنتاج الکهرباء والتی تحصل الخلیة علیهما من مصدر خارجی ولا تعدان من مکونات خلیة الوقود نفسها وهذا ما یعطی لهذه الخلایا الاهمیة بالمقارنة مع البطاریات، حیث أن فی البطاریات التقلیدیة فإن مکونات البطاریة هی اساس تولید الطاقة حیث یحدث التفاعل الکیمیائی لمکونات البطاریة لانتاج الطاقة الکهربیة وتستمر هذه العملیة الى حین انتهاء المواد الکیمیائیة المتفاعلة فتتوقف البطاریة لحین إعادة شحنها مرة أخرى، فی حین إن خلایا الوقود تعمل بصفة مستمرة لأن وقودها الهیدروجین والأکسجین یأتیان من مصادر خارجیة، کما أن خلایا الوقود فی حد ذاتها لیست سوى رقائق مسطحة تنتج کل واحدة منها فولطاً کهربائیاً واحداً، وهذا یعنی أنه کلما زاد عدد الرقائق المستخدمة کلما زادت قوة الجهد الکهربائی.
تعتبر خلیة الوقود أداة لتحویل الطاقة الکیمیائیة إلى طاقة کهربیة ای انها تقوم من خلال تفاعلات کیمیائیة بتحویل الهیدروجین والاکسجین إلى ماء وینتج عن هذه العملیة طاقة کهربیة. وبالمقارنة مع البطاریة التقلیدیة المعروفة فإن الاختلاف یکمن فی ان المواد الکیمیائیة الداخلة فی التفاعل لتولید الکهرباء هی جزء من ترکیب البطاریة وتوجد فی داخلها، وبانتهاء المواد الکیمیائیة هذه فإن البطاریة تصبح عدیمة الفائدة ویتم استبداله أو اعادة شحنها مرة اخرى، فی حین ان خلایا الوقود لا یمکن ان تنتهی فهی تعمل باستمرار لان مصدر المواد الکیمیائیة هی من الهواء.
شرائح من خلایا الوقود تستخدم کمصدر للطاقة فی السیارات
یوجد العدید من خلایا الوقود تصنف حسب المواد الکیمیائیة التی تستخدمها، وکذلک صفائح المحلل electrolyte التی تستخدماها. والنوع الاکثر شیوعا ورواجا هو خلیة الوقود ذات غشاء التبادل البروتونی proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) والموضح فکرة عملها فی الشکل التالی:
فکرة عمل وترکیب خلیة الوقود لانتاج الطاقة الکهربیة
یوضح الشکل اعلاه ترکیب خلیة الوقود وفکرة عملها تتلخص فی المراحل التالیة:
1- ینساب الهیدروجین الی الصفحة التی تسمی الآنود والاوکسجین الی الکاثود
2- ینشق الهیدروجین بسبب غشاء الفصل الی ذرتین ویتحرر الکترون سالب من کل ذرة هیدروجین .
3- تسمح صحیفة المحلل بمرور الایونات الموجبة فقط فی حین تمنع مرور الالکتونات .
4- فی الکاثود تتحد الایونات الهیدروجینیة الموجبة مع الکتروناتها السالبة ومع الاوکسجین لیتشکل الماء.
إن النماذج البسیطة التی تصنع منها الخلیة الهیدروجینیة و المستخدمة فی وسائط النقل تنتج حوالی 1.16 Volt لذلک یتم وصل عدد کبیر من الخلایا لتولید الطاقة الکهربائیة المطلوبة . یبین الشکل التالی خلیة هیدروجینیة مکونة من عدد کبیر من الشرائح لتولید فرق الجهد المطلوب.
لقد تنوعت أماکن استخدام الخلیة الهیدروجینیة و اختلفت التصامیم و الأبعاد الموضوعة لها تبعاً للطاقة المطلوبة منها وفی الصورتین التالیتن مثالاً لذلک
دراجة ناریة تستخدم وقود الهیدروجین بدلا من الوقود التقلیدی من خلال خلایا الوقود
سیارة تعمل بواسطة محرک کهربی یحصل على الطاقة من خلایا الوقود الهیدروجینی
لعلک عزیزی القارئ لاحظت بساطة الفکرة وسهولة تطبیقها وحالیاً تعقد الکثیر من الأبحاث على إیجاد تطبیقات جدیدة لخلایا الوقود؛ حتى تصبح بدیلًا لکل صور الطاقة الأخرى، وتکون بحق وقود المستقبل وقود القرن الواحد والعشرین.
المصدر : تحقیق راسخون
/ج
