خلية وقود الميثانول المُعاد تشكيله

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
مخطط كتلي لخلية وقود الميثانول المُعاد تشكيله

تُعد أنظمة خلايا الوقود الميثانولية المُعاد تشكيلها ( RMFC ) أو خلايا الوقود الميثانولية غير المباشرة ( IMFC ) فئة فرعية من خلايا الوقود ذات التبادل البروتوني حيث يتم إعادة تشكيل الوقود، الميثانول (CH3OH ) ، قبل تغذيته إلى خلية الوقود .

توفر أنظمة خلايا الوقود الميثانولية ذات الميثانول (RMFC) مزايا مقارنة بأنظمة خلايا الوقود الميثانولية المباشرة (DMFC) بما في ذلك الكفاءة الأعلى، ومجموعات الخلايا الأصغر، ومتطلبات أقل فيما يتعلق بنقاء الميثانول، وعدم الحاجة إلى إدارة المياه، والتشغيل الأفضل في درجات الحرارة المنخفضة، والتخزين في درجات حرارة تحت الصفر لأن الميثانول يكون سائلاً من -97.0 إلى 64.7 درجة مئوية (-142.6 إلى 148.5 درجة فهرنهايت) ولأنه لا يوجد خليط سائل من الميثانول والماء في الخلايا والذي يمكن أن يدمر غشاء DMFC في حالة الصقيع.  

يعود السبب في الكفاءة العالية لخلايا الوقود الميثانولية (RMFC) مقارنةً بخلايا الوقود الميثانولية المباشرة (DMFC) إلى استخدام غاز الهيدروجين بدلاً من الميثانول لتغذية مجموعة خلايا الوقود، حيث يكون الجهد الزائد (فقد الطاقة الناتج عن التحويل التحفيزي) على المصعد أقل بكثير عند استخدام الهيدروجين مقارنةً بالميثانول. لكن في المقابل، تعمل أنظمة RMFC عند درجات حرارة أعلى، مما يستلزم إدارة حرارية وعزلًا أكثر تطورًا. أما نواتج الاحتراق الناتجة عن هذا النوع من خلايا الوقود فهي ثاني أكسيد الكربون والماء.

يُستخدم الميثانول كوقود لأنه غني بالهيدروجين بطبيعته ( ناقل للهيدروجين )، ويمكن تحويله إلى هيدروجين عن طريق إعادة تشكيله بالبخار في درجات حرارة منخفضة مقارنةً بأنواع الوقود الهيدروكربوني الأخرى . إضافةً إلى ذلك، يُعدّ الميثانول مادة طبيعية، قابلة للتحلل الحيوي ، وغنية بالطاقة.

تتكون أنظمة خلايا الوقود ذات الأغشية المرنة (RMFC) من نظام معالجة الوقود (FPS)، [ 1 ] وخلية وقود ، وخرطوشة وقود، وBOP ( مكونات النظام الأخرى ). [ 2 ]

تكاليف التخزين والوقود

تخزن خرطوشة الوقود وقود الميثانول . وبحسب تصميم النظام، يُستخدم عادةً إما ميثانول نقي (وفقًا لمعيار IMPCA الصناعي) أو خليط من الميثانول مع ما يصل إلى 40% من الماء كوقود لنظام خلية الوقود الميثانولية. يؤدي استخدام الميثانول النقي إلى استهلاك أقل للوقود مقارنةً بخليط الماء والميثانول (الخليط المسبق)، ولكنه يتطلب تعقيدًا أكبر في نظام خلية الوقود لتكثيف رطوبة الكاثود.

تتراوح تكلفة الوقود لخلايا الوقود الميثانولية المتجددة عادةً بين 0.4 و1.1 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة (للميثانول التقليدي) وبين 0.45 و1.3 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة ( للميثانول المتجدد المُنتج من النفايات البلدية أو الكهرباء المتجددة). وبالمقارنة، تبلغ تكلفة الهيدروجين التقليدي (في عبوات) لخلايا الوقود ذات درجة الحرارة المنخفضة التي تعمل بالهيدروجين حوالي 4.5 إلى 10 دولارات أمريكية/كيلوواط ساعة.

نظام معالجة الوقود (FPS) في

الميثانول → الأكسدة الجزئية (POX) / إعادة التشكيل الذاتي الحراري (ATR) → تفاعل تحويل غاز الماء (WGS) → الأكسدة التفضيلية (PROX) يقوم جهاز إصلاح الميثانول بتحويل الميثانول إلى H2 و CO2 ، وهو تفاعل يحدث عند درجات حرارة من 250  درجة مئوية إلى 300  درجة مئوية.

خلية الوقود

تُنتج مجموعة خلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني ( MEA) الكهرباء من خلال تفاعل يجمع بين الهيدروجين ( المُعاد تشكيله من الميثانول في مُعالج الوقود) والأكسجين، وينتج الماء (H₂O ) كمنتج ثانوي. عادةً ما تُستخدم خلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني منخفضة الحرارة (LT-PEMFC) أو خلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني عالية الحرارة (HT-PEMFC) في خلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني.

نظام معالجة الوقود (FPS) خارج

غرفة احتراق غازات العادم (TGC) أو غرفة الاحتراق التحفيزي اللاحقة أو ( الاحتراق التحفيزي ) باستخدام محفز من البلاتين والألومينا (Pt– Al₂O₃ ) [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ← مكثف

توازن النبات

يتألف نظام التوازن (BOP) من مضخات الوقود ، وضواغط الهواء ، والمراوح اللازمة لتدوير الغاز والسائل في النظام. كما يلزم وجود نظام تحكم لتشغيل ومراقبة وحدة التحكم في الوقود (RMFC).

حالة التطوير والمنتجات التجارية

وصلت أنظمة إدارة موارد الوقود عن بُعد إلى مرحلة متقدمة من التطوير. على سبيل المثال، نظام صغير طورته شركة ألتراسيل لصالح الجيش الأمريكي،، وقد استوفى معايير التسامح البيئي والسلامة وأهداف الأداء التي وضعها مركز أبحاث وتطوير وهندسة الاتصالات والإلكترونيات التابع لجيش الولايات المتحدة ، وهو متاح تجارياً.

تتوفر أيضًا أنظمة أكبر تتراوح من 350 واط إلى 8 ميجاوات لتطبيقات متعددة، مثل توليد الطاقة في محطات الطاقة، وتوليد الطاقة الاحتياطية، وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ ، ووحدة الطاقة المساعدة (APU)، وتمديد نطاق البطارية (المركبات الكهربائية والسفن).

على عكس مولدات الديزل أو البنزين، فإن فترات صيانة أنظمة خلايا الوقود ذات التدفق المرن (RMFC) عادةً ما تكون أطول بكثير، إذ لا تتطلب استبدال فلاتر الزيت أو أجزاء أخرى من المحرك. لذلك، يُفضّل استخدام خلايا الوقود ذات التدفق المرن في التطبيقات غير المتصلة بالشبكة (مثل صيانة الطرق السريعة) والمناطق النائية (مثل الاتصالات، والمناطق الجبلية) على مولدات الديزل .

كما أن الميزات الأخرى مثل قابلية الميثانول للتحلل البيولوجي ، وإمكانية استخدام الميثانول المتجدد، وانخفاض تكاليف الوقود، وعدم انبعاث الجسيمات/أكاسيد النيتروجين، وانخفاض مستوى الضوضاء، وانخفاض استهلاك الوقود (فترة إمداد طويلة بالوقود) تعتبر مفيدة.

تحتوي سيارة Gumpert Nathalie الرياضية الكهربائية على تقنية RMFC.

تقوم شركة دنماركية تسمى "بلو وورلد تكنولوجيز" ببناء أكبر مصنع في العالم لإنتاج خلايا وقود الميثانول غير المباشرة لتطبيقات السيارات.

الشركات التي تشير إلى استخدام RMFC:
شركةدولةنوع خلية الوقود (مجموعة الخلايا)وقود
شركة بلو وورلد تكنولوجيز إيه بي إسالدنماركHT-PEM
كيمياءتايوانPEMخليط الميثانول والماء [ 6 ]
شركة سيكينز المحدودةألمانياHT-PEM100% ميثانول [ 7 ] أو خليط من الميثانول والماء [ 8 ]
شركة ألترا سيل ذ.م.م.الولايات المتحدة الأمريكيةخليط الميثانول والماء [ 9 ]
أدڤنت تكنولوجيزالولايات المتحدة الأمريكيةHT-PEM

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الجامعة، اسطنبول. "جامعة إسطنبول - Tarihten Geleceğe Bilim Köprüsü - 1453" . www.istanbul.edu.tr .
  2. ↑ موازنة المصنع ( مؤرشفة بتاريخ 11 أبريل 2007 في أرشيف الإنترنت)
  3. ↑ "بحث" . AZoM.com .
  4. ↑ "العمليات التحفيزية لإنتاج الهيدروجين النظيف من الهيدروكربونات" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 17 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 سبتمبر 2008 .
  5. ↑ برايان ج. باورز؛ جيان ل. زهاو؛ مايكل روفوا؛ رافي خانا؛ دروفا داتاترايا؛ ناثان دوشمانا؛ جان كريستوف بيزيات (2007). "معالج وقود مدمج لمركبات خلايا وقود PEM". المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين . 32 ( 10-11 ): 1437-1442 . doi : 10.1016/j.ijhydene.2006.10.045 .
  6. ↑ "خلايا وقود الميثانول المُصلحة في مجال الاتصالات" (ملف PDF) . مجلة الكيمياء . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أغسطس 2021 .
  7. ↑ "SIQENS Ecoport 800" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أغسطس 2021 .
  8. ↑ "الأسئلة الشائعة" . Siqens . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أغسطس 2021 .
  9. ↑ "أسئلة وأجوبة تقنية" . ألترا سيل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أغسطس 2021 .