خادم طاقة بلوم

يُعدّ خادم بلوم للطاقة، أو صندوق بلوم، مولد طاقة يعمل بخلايا الوقود الصلبة المؤكسدة (SOFC)، من إنتاج شركة بلوم للطاقة في سانيڤيل، كاليفورنيا . يستقبل هذا المولد أنواعًا مختلفة من الوقود، بما في ذلك الهيدروكربونات السائلة أو الغازية ^{[ 1 ]} المُستخرجة من مصادر بيولوجية، لإنتاج الكهرباء في الموقع أو بالقرب منه. ^{[ 2 ] [ 3 ]} ويتحمل درجات حرارة تصل إلى 980 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت) . ^{[ 4 ]} ووفقًا للشركة، تُنتج الخلية الواحدة (لوحة واحدة بأبعاد 100 مم × 100 مم تتكون من ثلاث طبقات خزفية) 25 واط. ^{[ 5 ]}      

تتمتع خلايا الوقود بعمر تشغيلي متوقع يبلغ حوالي 10 سنوات؛ وبناءً على توقعات تكاليف الوقود، فإن نقطة التعادل لمن يشتري الجهاز تكون حوالي 8 سنوات. ولا تزال تقنية الخلية تعتمد على مصادر طاقة غير متجددة لإنتاج الكهرباء، ولأنها ليست خلية وقود هيدروجينية ، فإنها لا تزال تنتج ثاني أكسيد الكربون (وهو غاز دفيئة مهم ) أثناء التشغيل. وبما أن غاز ثاني أكسيد الكربون المنبعث من المصعد لا يختلط بالهواء المستنفد للأكسجين الخارج من المهبط، بل بالماء والوقود غير المستهلك فقط، فإنه يمكن فصله لعزله أو التخلص منه بطرق أخرى غير جوية ببساطة عن طريق تبريد تيار العادم.

في عام 2011، ذكر بلوم أنه تم نشر مائتي خادم في كاليفورنيا لشركات من بينها جوجل وياهو وول مارت. ^{[ 6 ]}

يستخدم خادم Bloom Energy ألواحًا خزفية بيضاء رقيقة بحجم 100  ×  100  مم. ^{[ 7 ]} يُغطى كل لوح بحبر أخضر أساسه أكسيد النيكل على أحد جانبيه، مُشكلاً المصعد، وحبر أسود آخر (يُحتمل أن يكون منجنيت اللانثانوم والسترونتيوم ) على جانب المهبط. ^{[ 8 ] [ 9 ]} ذكرت مجلة Wired أن المكون السري قد يكون الزركونيا المُثبتة بالإيتريا استنادًا إلى براءة الاختراع الأمريكية رقم 7572530  الممنوحة لشركة Bloom في عام 2009؛ وتُعد هذه المادة أيضًا من أكثر مواد الإلكتروليت شيوعًا في هذا المجال. ^{[ 10 ]} ينص طلب براءة الاختراع الأمريكية رقم 20080261099 ، المُسجل باسم شركة Bloom Energy، على أن "الإلكتروليت يتضمن الزركونيا المُثبتة بالإيتريا والزركونيا المُثبتة بالسكانديا ، مثل الزركونيا المُثبتة بالسكانديا والسيريا". يتميز أكسيد السكانديوم المستقر بالسيليكون (ScSZ) بموصلية أعلى من أكسيد السكانديوم المستقر بالإيتريوم (YSZ) عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يوفر كفاءة وموثوقية أكبر عند استخدامه كإلكتروليت. السكانديوم هو أكسيد السكانديوم ( Sc). ₂ O₃ ) وهوأكسيدفلز انتقالي تتراوح تكلفته بين 1400 و2000 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد بنسبة نقاء 99.9%. يشهد الإنتاج العالمي السنوي الحالي منالسكانديومتحسناً ليصل إلى حوالي 40 طناً سنوياً منذ عام 2022، بعد أن كان يتراوح بين 15 و20 طناً سنوياً في السنوات السابقة. ^{[ 11 ]} يُستمد معظم الـ 5000 كيلوغرام المستخدمة سنوياً منالحقبة السوفيتية.ولتحقيق التوسع الناجح لشركة بلوم إنرجي، ستحتاج إلى كمية كبيرة من السكانديوم، أي ما بين 130 و150 كيلوغراماً لكل جيجاواط.

لتوفير التكاليف، يستخدم خادم طاقة بلوم صفائح من سبائك معدنية رخيصة الثمن للتوصيل الكهربائي بين صفيحتي موصل الأيونات السريع الخزفيتين . أما في خلايا الوقود المنافسة ذات درجة الحرارة المنخفضة، فيُستخدم البلاتين عند المهبط. ^{[ 8 ]}

أعلنت الشركة أن أولى خوادمها من طراز Bloom Energy، بقدرة 100 كيلوواط ، شُحنت إلى جوجل في يوليو 2008. ^{[ 21 ]} وتم تركيب أربعة خوادم من هذا الطراز في مقر جوجل الرئيسي، لتصبح بذلك أول عميل لشركة Bloom Energy. ^{[ 17 ]} كما تم تركيب خمسة خوادم أخرى ^{[ 1 ]} بقدرة تصل إلى 500  كيلوواط في مقر شركة eBay في كاليفورنيا. ^{[ 17 ]} وذكرت Bloom Energy أن من بين عملائها: ستابلز (300  كيلوواط  - ديسمبر 2008)، ^{[ 22 ]} وول مارت (800  كيلوواط  - يناير 2010)، ^{[ 23 ]} وفيديكس (500  كيلوواط)، ^{[ 24 ]} وشركة كوكاكولا (500  كيلوواط) ، ^{[ 25 ]} وبنك أوف أمريكا (500  كيلوواط). ^{[ 26 ] [ 27 ]} وتقع جميع هذه المنشآت في كاليفورنيا.

تم تصميم نظام خلايا الوقود Bloom Box بقدرة 1 ميغاواط والذي تم تركيبه في مقر شركة Yahoo في Sunnyvale بولاية كاليفورنيا في عام 2014 "لتزويد ثلث المباني في حرم Yahoo بالكهرباء". ^{[ 28 ]}

أعلنت شركة ستوب آند شوب سوبر ماركت عن  نظام بقدرة 250 كيلوواط في عام 2015، وفي عام 2020 أعلنت عن خطط لتكوين 40 متجرًا في ماساتشوستس ونيويورك على شكل "شبكات صغيرة" باستخدام خوادم بلوم للطاقة. ^{[ 29 ]}

أعلن سريدهار عن خطط لتركيب خوادم بلوم إنرجي في دول العالم الثالث. ^{[ 30 ]} وقال كولن باول ، الرئيس السابق لهيئة الأركان المشتركة ، والعضو الحالي في مجلس إدارة بلوم إنرجي، إن مولدات بلوم إنرجي قد تكون مفيدة للجيش لأنها أخف وزنًا وأكثر كفاءة وتولد حرارة أقل من المولدات التقليدية. ^{[ 31 ]}

تقوم خوادم بلوم إنرجي بتجميع خلايا وقود صغيرة لتشغيلها بشكل متزامن. ^{[ 7 ] [ 32 ]} يعتمد نهج بلوم إنرجي في تجميع خلايا الوقود على تمكين الألواح الفردية من التمدد والانكماش بنفس المعدل عند درجات الحرارة العالية. ^{[ 7 ]} مع ذلك، فقد حلّت شركات أخرى منتجة لخلايا الوقود الصلبة مشكلة اختلاف معدلات تمدد الخلايا في السابق. ^{[ 9 ]} شكك سكوت سامويلسن من المركز الوطني لأبحاث خلايا الوقود بجامعة كاليفورنيا في إرفاين في العمر التشغيلي لخوادم بلوم، قائلاً: "في هذه المرحلة، تتمتع بلوم بإمكانيات ممتازة، لكنها لم تثبت بعد أنها استوفت معايير الموثوقية المطلوبة." ^{[ 32 ]} صرّح مايكل تاكر، الخبير في مختبر لورانس بيركلي الوطني، قائلاً: "نظرًا لأنها تعمل في درجات حرارة عالية، يمكنها قبول أنواع وقود أخرى مثل الغاز الطبيعي والميثان، وهذه ميزة هائلة... أما العيب فهو أنها قد تتحطم أثناء التسخين أو التبريد." ^{[ 32 ]}

أكد المستثمر جون دوير أن خادم الطاقة من بلوم أرخص وأنظف من شبكة الكهرباء. ^{[ 1 ] [ 16 ]} وكتب خبير في مجموعة جيرسون ليرمان أنه بالنظر إلى خسائر نقل الكهرباء الحالية التي تبلغ حوالي 7% وكفاءة محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز والتي تتراوح بين 33 و48%، فإن خادم الطاقة من بلوم أكثر كفاءة بمرتين من محطة توليد الطاقة التي تعمل بالغاز. ^{[ 2 ]} وذكرت مجلة فورتشن أن "بلوم لم تُصدر بعد أرقامًا حول تكلفة تشغيل صندوق بلوم لكل كيلوواط ساعة"، وتقدر أن الغاز الطبيعي، وليس الغاز الحيوي، سيكون مصدر الوقود الرئيسي لها. ^{[ 33 ]} وكتب جوناثان فاهي، مراسل وكالة أسوشيتد برس، في مجلة فوربس : "هل ننخدع بهذا مجددًا؟ كل شركة تقنية نظيفة على هذا الكوكب تدعي قدرتها على إنتاج طاقة نظيفة بتكلفة منخفضة، ومع ذلك لا تستطيع أي منها ذلك. الدعم الحكومي أو القوانين التي تفرضها الحكومات تُبقي هذه الصناعة العالمية بأكملها واقفة على قدميها. لا شك أن بلوم قد نجحت في استغلال هذه الضجة الإعلامية بشكل لم يسبق له مثيل بين شركات التقنية النظيفة في الذاكرة الحديثة." ^{[ 34 ]}

كتب محلل في مجموعة جيرسون ليرمان أن شركة جنرال إلكتريك فككت قسم خلايا الوقود التابع لها حوالي عام 2005، وكادت شركة سيمنز أن تفكك قسمها أيضًا. ^{[ 2 ]} وتجري شركة جنرال إلكتريك لتحويل الطاقة أبحاثًا على نظام هجين للطاقة يعتمد على خلايا الوقود الصلبة المؤكسدة (SOFC). ^{[ 40 ]} أنتجت شركة يونايتد تكنولوجيز خلايا وقود بتكلفة 4500 دولار أمريكي لكل كيلوواط. وكانت الشركة التكتل الكبير الوحيد الذي يمتلك تقنية خلايا وقود تنافسية، لكنها باعت شركة يو تي سي باور في فبراير 2023. ثم أعلنت إفلاسها لاحقًا، على الرغم من استحواذ جهات أخرى على أصولها. ^{[ 2 ]} تمتلك شركة توشيبا تقنية لتوفير الطاقة لجهاز صغير، وليس لحي سكني بأكمله. ^{[ 2 ]}

تقوم شركة FuelCell Energy بتصنيع محطات طاقة خلايا الوقود الكربونات المنصهرة (MCFC) للبيع وللاستخدام بموجب اتفاقية شراء الطاقة ^{[ 41 ]} ، وقد قامت بعرض محطات الطاقة وأجهزة التحليل الكهربائي القائمة على الأكسيد الصلب، ^{[ 42 ]} على الرغم من أنه (حتى أكتوبر 2025) لم يتم بيع أي من هذه الأخيرة تجاريًا بعد.

تمتلك شركة سبرينت 15 براءة اختراع في مجال خلايا وقود الهيدروجين، وتستخدم 250 خلية وقود لتوفير طاقة احتياطية لعملياتها. وتستخدم سبرينت طاقة خلايا الوقود منذ عام 2005. وفي عام 2009، حصل برنامج خلايا الوقود التابع لشركة سبرينت على منحة قدرها 7.3 مليون دولار من وزارة الطاقة الأمريكية لزيادة سعة الهيدروجين في خزانات خلايا الوقود من توفير ما يصل إلى 15 ساعة من الطاقة الاحتياطية إلى 72 ساعة. ^{[ 43 ]} وقد عقدت سبرينت شراكة مع شركتي ريليون وألترجي لتصنيع خلايا الوقود، ومع شركة إير برودكتس آند كيميكالز كمورد للهيدروجين. وتعمل شركة بي 21 الألمانية المتخصصة في خلايا الوقود على مشاريع مماثلة لتوفير طاقة احتياطية لعمليات الاتصالات الخلوية. ^{[ 44 ]}

في أكتوبر 2009، منحت وزارة الطاقة الأمريكية ما يقرب من 25 مليون دولار أمريكي كمنح لأبحاث وتطوير الوقود الشمسي. ^{[ 10 ] [ 45 ]}

في أكتوبر 2012، منحت الحكومة الأمريكية شركة بلوم إنرجي مبلغ 70,710,959 دولارًا بموجب برنامج جوائز الطاقة التابع لها بموجب المادة 1603. ^{[ 46 ]}

ادّعى أحد المنافسين أن جهاز Bloom Box يستخدم "إلكتروليتًا سميكًا" يتطلب  درجات حرارة تصل إلى 900 درجة مئوية للتغلب على المقاومة الكهربائية. في المقابل، تستخدم شركتا Topsoe Fuel Cell ^{[ 47 ]} و Ceres Power تقنية "الأنود السميك" التي تسمح بالتشغيل في درجات حرارة أقل. لدى شركة Ceres برنامج مدته أربع سنوات لتركيب 37,500 وحدة في منازل عملاء شركة British Gas البريطانية . ^{[ 48 ]}

تعتمد منتجات شركة بالارد باور ، ذات الأحجام المماثلة، على خلايا وقود غشاء تبادل البروتونات . وحدات بالارد بقدرة 150  كيلوواط مخصصة للتطبيقات المتنقلة مثل حافلات النقل العام، ^{[ 49 ]} بينما  تتكون أنظمتها الثابتة الأكبر بقدرة 1 ميغاواط من مجموعات من  وحدات بناء بقدرة 11 كيلوواط. ^{[ 50 ]}

ومن المنافسين الآخرين في أوروبا وأستراليا خلايا الوقود الخزفية . وتزعم الشركة كفاءة تصل إلى 60% للوحدات التي تعمل بالطاقة فقط؛ وتعتمد خلايا الوقود هذه على تقنية منبثقة من منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية الأسترالية (CSIRO) . ^{[ 51 ]}

• خلية وقود منزلية

• خادم طاقة بلوم