خلية وقود الإيثانول المباشر

خلايا الوقود التي تعمل بالإيثانول المباشر ( DEFCs ) هي نوع من خلايا الوقود يتم فيها تغذية الإيثانول مباشرة إلى الخلية. وقد استُخدمت كنموذج لدراسة مجموعة من مفاهيم خلايا الوقود، بما في ذلك استخدام غشاء تبادل البروتونات (PEM) . ^{[ 1 ]}

المزايا

تستخدم خلايا الوقود ذات التفريغ المباشر (DEFC) الإيثانول بدلاً من الميثانول الأكثر سمية . يُعدّ الإيثانول بديلاً جذاباً للميثانول نظراً لوجود سلسلة توريد جاهزة له. كما أنه يبقى الوقود الأسهل استخداماً، ما يجعله مناسباً للاستخدام الواسع النطاق من قبل المستهلكين.

الإيثانول سائل غني بالهيدروجين، ويتميز بكثافة طاقة عالية (8.0 كيلوواط ساعة/كيلوجرام) مقارنةً بالميثانول (6.1 كيلوواط ساعة/كيلوجرام). يُمكن الحصول على الإيثانول بكميات كبيرة من الكتلة الحيوية عبر عملية تخمير من موارد متجددة مثل قصب السكر والقمح والذرة ، أو حتى القش . ولذلك ، يُعدّ الإيثانول المُنتَج حيويًا (أو الإيثانول الحيوي) خيارًا جذابًا، إذ أن زراعة المحاصيل لإنتاج الوقود الحيوي تمتص جزءًا كبيرًا من ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الغلاف الجوي من الوقود المستخدم في إنتاجه، ومن احتراق الوقود الحيوي نفسه. وهذا يُناقض تمامًا استخدام الوقود الأحفوري . كما أن استخدام الإيثانول من شأنه أن يُساهم في التغلب على تحديات تخزين الهيدروجين والبنية التحتية اللازمة لتطبيقات خلايا الوقود. في خلية الوقود، تتطلب أكسدة أي وقود استخدام عامل حفاز لتحقيق كثافة التيار المطلوبة لخلايا الوقود ذات الجدوى التجارية، وتُعدّ العوامل الحفازة القائمة على البلاتين من أكثر المواد كفاءةً لأكسدة الجزيئات العضوية الصغيرة.

رد فعل

تعتمد خلية الوقود المباشر للإيثانول (DEFC)، المشابهة لخلية الوقود المباشر للميثانول (DMFC )، على أكسدة الإيثانول على طبقة محفزة لتكوين ثاني أكسيد الكربون . يُستهلك الماء عند المصعد ويُنتج عند المهبط . تنتقل البروتونات (H ⁺ ) عبر غشاء تبادل البروتونات إلى المهبط حيث تتفاعل مع الأكسجين لإنتاج الماء. تنتقل الإلكترونات عبر دائرة خارجية من المصعد إلى المهبط، موفرةً الطاقة للأجهزة المتصلة.

أنصاف التفاعلات هي:

	معادلة
المصعد	$\mathrm {C_{2}H_{5}OH+3\ H_{2}O\to 12\ H^{+}+12\ e^{-}+2\ CO_{2}}$ أكسدة
الكاثود	$\mathrm {3\ O_{2}+12\ H^{+}+12\ e^{-}\to 6\ H_{2}O}$ تخفيض
التفاعل الكلي	$\mathrm {C_{2}H_{5}OH+3\ O_{2}\to 3\ H_{2}O+2\ CO_{2}}$ تفاعل الأكسدة والاختزال

مشاكل

تُعدّ المحفزات القائمة على البلاتين باهظة الثمن، لذا يتطلب الاستخدام العملي للإيثانول كوقود لخلايا وقود PEM محفزًا جديدًا. وقد طُوّرت محفزات كهروكيميائية نانوية جديدة (مثل HYPERMEC من شركة ACTA SpA)، تعتمد على معادن غير نفيسة، وتحديدًا مزيج من الحديد والكوبالت والنيكل عند المصعد ، والنيكل أو الحديد أو الكوبالت منفردًا عند المهبط . وباستخدام الإيثانول، تم الحصول على كثافات طاقة تصل إلى 140 ميلي واط/سم² ^عند 0.5 فولت ودرجة حرارة 25 درجة مئوية باستخدام خلايا ذاتية التنفس تحتوي على أغشية تبادل أنيوني تجارية . ^[²^] لا يحتوي هذا المحفز على أي معادن نفيسة . عمليًا، تُثبّت جزيئات معدنية دقيقة على ركيزة بطريقة تُنتج محفزًا عالي النشاط.

يعمل البوليمر كإلكتروليت . تحمل أيونات الهيدروجين ( البروتون ) الشحنة _. يتأكسد الإيثانول السائل (C₂H₅OH ₎ عند المصعد بوجود الماء، مُنتجًا _ثاني أكسيد الكربون وأيونات الهيدروجين والإلكترونات . تنتقل أيونات الهيدروجين عبر الإلكتروليت ، وتتفاعل عند المهبط مع الأكسجين من الهواء والإلكترونات من الدائرة الخارجية لتكوين الماء.

قد تُحسّن خلايا الوقود القائمة على الإيثانول الحيوي من دورة حياة هذا الوقود الحيوي، وذلك بفضل ارتفاع معدل تحويله مقارنةً بمحرك الاحتراق الداخلي. إلا أن تحقيق أرقام واقعية قد يستغرق سنوات، نظراً لتأخر تطوير خلايا وقود الميثانول والإيثانول المباشرين مقارنةً بخلايا وقود الهيدروجين. ^{[ 3 ]}

الإنجازات

في 13 مايو 2007، قدّم فريق من جامعة العلوم التطبيقية في أوفنبورغ أول مركبة في العالم تعمل بتقنية DEFC في ماراثون شل البيئي في فرنسا. وأكملت السيارة "شلوكسبيشت" بنجاح تجربة قيادة على حلبة نوغارو، حيث كانت تعمل بمجموعة خلايا DEFC التي تُنتج جهدًا كهربائيًا يتراوح بين 20 و45 فولتًا (بحسب الحمل). ^{[ 4 ]}

تم بناء واختبار العديد من النماذج الأولية لشواحن الهواتف المحمولة التي تعمل بخلايا وقود الإيثانول المباشر ^{[ 5 ]} والتي تتميز بفولتيات من 2 فولت إلى 7 فولت وقدرات من 800 مللي واط إلى 2 واط ^{[ 6 ] .}

انظر أيضاً

مراجع

↑ بادوال، إس بي إس؛ جيدي، إس؛ كولكارني، إيه؛ جويل، جيه؛ باسو، إس (مايو 2015). "خلايا وقود الإيثانول المباشر لتطبيقات النقل والتطبيقات الثابتة - مراجعة شاملة". الطاقة التطبيقية . 145 : 80-103 . doi : 10.1016/j.apenergy.2015.02.002 .
↑ "خلية وقود الإيثانول المباشر" . en.fcc.gov.ir. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يناير 2016 .
↑ خلايا وقود FCT: أنواع خلايا الوقود (مؤرشفة بتاريخ 27 سبتمبر 2006 في أرشيف الإنترنت)
↑ طلاب أوفنبورغ يختبرون أول مركبة في العالم تعمل بخلايا الوقود التي تعمل بالإيثانول
↑ شاحن يعمل بتقنية DEFC - جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا ، مؤرشف في 7 مارس 2014 على موقع Wayback Machine
↑ بادوال، إس بي إس؛ جيدي، إس؛ كولكارني، إيه؛ جويل، جيه؛ باسو، إس (مايو 2015). "خلايا وقود الإيثانول المباشر لتطبيقات النقل والتطبيقات الثابتة - مراجعة شاملة". الطاقة التطبيقية . 145 : 80-103 . doi : 10.1016/j.apenergy.2015.02.002 .

مصادر

أغشية لـ DEFC - معهد فراونهوفر لهندسة الأسطح والتكنولوجيا الحيوية
غشاء DEFC

للمزيد من القراءة

"محفز جديد يعزز استخدام الهيدروجين كوقود للنقل" . بقلم ألوك جها. 21 أغسطس 2008. صحيفة الغارديان .

[1] بادوال، إس بي إس؛ جيدي، إس؛ كولكارني، إيه؛ جويل، جيه؛ باسو، إس (مايو 2015). "خلايا وقود الإيثانول المباشر لتطبيقات النقل والتطبيقات الثابتة - مراجعة شاملة". الطاقة التطبيقية . 145 : 80-103 . doi : 10.1016/j.apenergy.2015.02.002 .

[2] "خلية وقود الإيثانول المباشر" . en.fcc.gov.ir. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يناير 2016 .

[3] خلايا وقود FCT: أنواع خلايا الوقود (مؤرشفة بتاريخ 27 سبتمبر 2006 في أرشيف الإنترنت)

[4] طلاب أوفنبورغ يختبرون أول مركبة في العالم تعمل بخلايا الوقود التي تعمل بالإيثانول

[5] شاحن يعمل بتقنية DEFC - جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا ، مؤرشف في 7 مارس 2014 على موقع Wayback Machine

[6] بادوال، إس بي إس؛ جيدي، إس؛ كولكارني، إيه؛ جويل، جيه؛ باسو، إس (مايو 2015). "خلايا وقود الإيثانول المباشر لتطبيقات النقل والتطبيقات الثابتة - مراجعة شاملة". الطاقة التطبيقية . 145 : 80-103 . doi : 10.1016/j.apenergy.2015.02.002 .

[ 1 ]

[

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ] .

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗