استخدمت خلايا الوقود بداية في التطبيقات الفضائية ثم بدأت تتطور وتنتشر أكثر في الاوساط العسكرية, حيث ثم تم الأعتماد على خلايا الوقود كمصدر احتياطي بسبب وثوقيتها العالية. حالياً تسوق جميع شركات السيارات منتجاتها الجديدة الهجينة التي تستخدم خلايا وقود بالإضافة الى استخدام خلايا الوقود الذي بدأ ينتشر في الحافلات والقطارات والطائرات والدراجات الصغيرة.
انتشرت خلايا الوقود أيضاً في تطبيقات الصغيرة كالهواتف الخلوية cellular phones والحواسيب النقالة laptop computers وغيرها. ويتم حالياً دراسة امكانية استخدام خلايا الوقود لتغذية المستشفيات والبنوك وأجهزة الصراف الآلي.
يتم تركيب خلايا الوقود في مصانع معالجة النفايات لتحويل غاز الميثان methane gas الذي تنتجه الى كهرباء. تطبيقات خلايا الوقود متعددة ولا تنتهي ومع تطور التقنية تزداد مجالات استخدامها. يقدم المرجع الإلكتروني [1] دوريات شهرية لجميع تطبيقات خلايا الوقود في العالم.
التطبيقات الثابتة:
تم حالياً تركيب 2500 نظام خلايا وقود حول العالم, في المستشفيات والفنادق والمكاتب والمدارس, بالإضافة الى استخدام خلايا الوقود كمحطات كهربائية موصولة مع شبكة الكهرباء العامة لتأمين دعم للشبكة أو محطات كهربائية مستقلة في المناطق التي يصعب ربطها مع الشبكة.
تعمل أنظمة خلايا الوقود بكفائة 40% , بدون ضجيج, وبدون تلويث الهواء air pollution. عند استخدام خلايا الوقود في نظام توليد مشترك حيث يستفاد من الطاقة الحرارية الناتجة يمكن رفع الكفاءة الى 85% .
الاتصالات Telecommunications:
مع زيادة أستخدام الحواسيب والانترنت وشبكات الاتصالات ظهرت الحاجة لمصدر أكثر وثوقية كمصدر تغذية وقد أثبتت خلايا الوقود أن وثوقيتها 99.99% . يمكن الاستعاضة عن المدخرات بخلايا وقود لتزويد استطاعة تصل إلى 5kW فهي صامتة وصديقة للبيئة ويمكن تصميمها لتكون متينة أي تتحمل الظروف الجوية المحيطة. فهي تستخدم حالياً كمصدر طاقة رئيسي او كمصدر دعم في أبراج الاتصالات cell towers,ونقاط التحويل telecom switch nodes.
مصانع معالجة النفايات ومعالجة المياه ومصانع البيرةLandfills/Wastewater Treatment Plants/Breweries :
تم تركيب خلايا الوقود حالياً في مصانع معالجة النفايات والمياه في كافة أنحاء العالم, وقد أثبتت هذه التقنية قدرتها على تخفيض الانبعاثات حيث تستخدم غاز الميثان الناتج من هذه المواقع كوقود. كما تم تركيبها بعدة مصانع لانتاج البيرة حيث يتم تمرير الخمور الغير معالجة بهواضم تكسر المركبات العضوية وتولد ميثان الذي يعتبر وقود غني بالهيدروجين hydrogen rich fuel.
في مجال المواصلات Transportation:
السيارات :
جميع مصانع السيارات اليوم تعمل على تطوير مركبات جديدة تعمل بشكل هجين غالبا حيث يتم تغذيتها من بخلايا الوقود مع وقود تقليدي ,بالضافة إلى ان بعضها قد طرح في الأسوق التجارية حالياً سيارات تغذى كلياً من خلايا الوقود .يمكن الأطلاع على المرجع [1] لاستعراض جميع السيارات في العالم التي تعمل على خلايا الوقود.
لابد من التنويه أن جنرال موتورز(General motors) وتويوتا (Toyota) وديملر كريسلر Daimler-Chrysler)) والتي تشكل حوالي 40% من مجموع الاستثمارات في مجال السيارات في العالم تقوم بدعم أبحاث تطوير خلايا الوقود(fuel cell) حتى تكون الإختيار الصديق للبيئة بدلاً من محركات الإحتراق الداخلي، وقد دعمت الشركات الثلاث هذه الأبحاث بحوالي بليون دولار.
ومن نتائج البحث أن طرحت شركة (دايملر) سيارات من فئة A-class المزودة بخلايا الوقود، وكذلك قدمت شركة تويوتا سيارتين صغيرتين تعملان أيضاً بخلايا الوقود بالإضافة إلى إنتاج شركة سيمنز(siemens) لناقلة صغيرة (Truck) تستخدم التكنولوجيا نفسها هذا الذي شجع شركة فولكس فاجن(VW) لدعم الأبحاث في مجال خلايا الوقود أيضاً.
وتتوقع شركة تويوتا أن تكون سيارة خلايا الوقود بالأسواق بشكل تجاري في بداية عام 2011 وذلك نتيجة التكاليف المرتفعة والحاجة إلى تطوير تقنية الخلايا.
الحافلات :
تم خلال السنوات الأربع الماضية استخدام أكثر من 50 حافلة تعمل على خلايا الوقود في أوربا وأمريكا الشمالية والجنوبية وشرق أسيا واستراليا. فالكفاءة العالية لخلايا الوقود بالاضافة الى الملوثات المنخفضة جداً لأن الهيدوجين ينتج من مصادر متجددة قد حسن من نوعيه الهواء كثيراً خاصة في المناطق التي تعتبر من أكثر المناطق تلوثاً بالعالم مثل الصين. يمكن الاطلاع على المرجع [1] لاستعراض جميع الحافلات في العالم التي تعمل على خلايا الوقود.
الدراجات:
بالرغم من حجمها الصغير العديد من الدراجات تعتبر ملوثاً للهواء, فغازات العادم لها ملوثة جداً اذا ما قورنت بحجمها الصغير. فهي تنتج أول أكسيد الكربون carbon monoxide وهيدروكاربون hydrocarbons بكميات مشابهة لما تنتجه شاحنة ديزل. لذا تعتبر الدراجات التي تعمل على خلايا الوقود حلاً مناسباً لبلدان مثل الهند وآسيا حيث يستعمل العديد من السكان الدراجات كوسائل نقل.
الرافعات و آليات النقل في المصانع Forklifts/Materials Handling:
إضافة الى ميزة التقليل من الغازات الضارة المنبعثة تتميز الرافعات التي تعمل على خلايا الوقود بأنها تحتاج الى صيانة اقل بكثير من الأليات العاملة على الكهرباء حيث تحتاج الى شحن بطارياتها بشكل دوري واستبدال متكرر, لأنها تتلف بسرعة حيث أن العمل في هذا المجال يحتاج إلى توقف واعادة تشغيل سريع ومتكرر, لذا تعتبر خلايا الوقود ذات أداء ممتاز وخرج كهربائي ثابت وبالأضافة إلى انها لا تعاني من انخفاض الجهد الذي يحدث عند تفريغ المدخرات الكهربائية.
القطارات:
يتم تطوير خلايا الوقود لأستخدامها بالقطارات للتخلص من الغازات الضارة التي تنتجها حيث يقوم مشروع أحتكاري بتطوير أكبر وسيلة مواصلات تعمل على خلايا الوقود بالعالم وهي قاطرة 1MW للأستخدامات العسكرية والتجارية.
الطائرات:
يتم الأهتمام بتقنية خلايا الوقود التي تغذي الطائرات عسكرياً بسبب الضوضاء المنخفض لها والحجم الصغير وامكانية أستخدامها في الجو. من أكبر الشركات التي تطور هذه التقنية هي شركة بوينغ Boeing .
المراكب البحرية Boats:
تعهدت آيسلندة بتحويل إسطول صيدها الواسع لاستعمال خلايا الوقود كمصدر تغذية مساعد في نهاية عام 2015 للتمهيد لتحول جميع الأسطول لتعمل على الخلايا الوقودية كمصدر أساسي. فمحركات خلايا الوقود ذات كفاءة أعلى من محركات الاحتراق بالاضافة الى مميزاتها الأخرى من تخفيف التلوث.
للمزيد من المعلومات حول آخر وسائل النقل (عدا السيارات والحافلات) عاملة على خلايا الوقود يمكن الأطلاع على المرجع [1].
وحدات الكهرباء المساعدة( Auxiliary Power Units (APUs:
الشاحنات المتطورة تحمل على متنها العديد من الأجهزة الكهربائية مثل المدافئ والمكيفات والحاسبات والتلفونات والثلاجات والميكرويف. لتشغيل هذه التجهيزات عندما تكون الشاحنة متوقفة لابد من تشغيل المحرك. قامت وزارة الطاقة الأمريكية The Department of Energy (DOE) بقياس الوقود السنوي وتكاليف الصيانة لشاحنة ثقيلة بحدود 1800$ و عند إستعمال خلية وقود كوحدة كهرباء مساعدة fuel cell APUs يوفر670 مليون غالون من وقود الديزل بالسنة ومليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً.
التجهيزات المحمولة Portable Power:
يمكن أن تزودنا خلايا الوقود بالطاقة حيث لا تكون الشبكة الكهربائية متوفرة حيث تستخدم في حالات الطوارئ وفي التطبيقات العسكرية فهي اكثر كفاءة من البكاريات وتعمل لفترة أطول وأخف وزناً.
التجهيزات الصغيرة Micro Power :
خلايا الوقود من أنسب مصادر الطاقة بالنسبة للأجهزة الإلكترونية الصغيرة نظراً لصغر حجمها، وقدرتها على توليد كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية بالنسبة إلى الحجم الصغير. حيث تستخدم خلايا الوقود حالياً في الهواتف الخلوية والحواسيب النقالة والساعات وغيرها من التطبيقات الصغيرة. فأجهزة الشحن المعروضة في السوق الآن يمكن ان تشحن الحاسب عشرين ساعة تقريباً والهاتف الخلوي لثلاثين يوم. أيضاً تم استخدامها في أجهزة كشف الدخان وأجهزة الأنذار وكميرات المراقبة. العديد من هذه التجهيزات تعرض سنوياً في معرض خلايا الوقود FC EXPO المقام في طوكيو سنوياً. حيث طرحت شركة سوني العام الماضي شاحن متنقل هو عيارة عن جهاز هجين بين خلية وقود ومدخرة ليثيوم.
وقد طرحت شركة توشيبا(TOSHIBA) من خلال معرض “هانوفر” للتجارة (Industrial trade fair) جهاز الكومبيوتر المتنقل(Notebook) المزود بخلية الوقود المصغرة، وهي تسمح للجهاز بالعمل لمدة أسبوع كامل دون توقف من غير مساعدة أو توصيلات بأي مصدر طاقة اخر.
في مجال التوربينات الغازية:
التوربينات الغازية هي التي تنتج الحركة الدورانية اللازمة لدوران المولد (Generator) وبالتالي توليد الكهرباء، وقد تم إكتشاف أنه بتزويد التوربينات الغازية بمجموعة مضغوطة من خلايا الوقود، فإن ذلك يساعد على توليد كهرباء بجهد مرتفع نسبياً، وبالتالي تحسين كفاءة الكهرباء المولدة.
وفي دراسة نشرها مركز تسويق التكنولوجيا التابع لهيئة الإذاعة البريطانية (BBC marketing/ technology) أكدت أن مبيعات خلايا الوقود في عام 2003 قد وصلت إلى 1.3 بليون دولار، في حين أنها حققت 355 مليون دولار عام 1998 وذلك بزيادة 30% وهذا الذي يثبت الإتجاه العالمي لإستخدام خلايا الوقود في التطبيقات المختلفة.
ويبقى التحدي الأكبر هو تخفيض سعر هذه الخلايا، حيث أن المطلوب حتى تصبح خلية الوقود اقتصادية أن تكون تكلفتها أقل ب 200 مرة عما هي عليه الآن.
ولهذا فإن الأبحاث تتجه في الحصول على مواد جديدة يمكن استخدامها في هذه الخلايا بدلاً من المواد عالية التكلفة ومازال العمل قائماً على تطوير الخلايا، وتقليل سعرها ووزنها وحجمها وزيادة كفاءتها وطاقتها مما يجعلها مناسبة للعديد من التطبيقات العملية الأخرى.
المصادر:
Loading ...
