بحث جديد : تقنية تحليل جديدة لتعزيز استقرار خلية وقود الهيدروجين
كتبت : حبيبة جمال
يعتبر الهيدروجين عنصرًا حاسمًا في حل لغز الطاقة النظيفة ، وهو التحدي الذي يتوق الخبراء الذين يعالجون تحول الطاقة إلى التغلب عليه من أجل تقليل انبعاثات الكربون. عند استخدام الهيدروجين كوقود ، فإنه ينتج فقط الكهرباء والحرارة والماء ، بغض النظر عما إذا كان يستخدم للأدوات اليومية أو لمحطات الطاقة واسعة النطاق.
ومع ذلك ، هناك قيود كبيرة على تقنيات خلايا وقود الهيدروجين. وتشمل هذه المشكلات الاستقرار ، وانخفاض كثافة الطاقة ، والتفريغ غير الفعال ، بالإضافة إلى المشكلات المتعلقة بالتدهور والتكلفة والقدرة على تخزين الهيدروجين داخل أنظمة خلايا الوقود.
لمواجهة هذه التحديات ، شرعت مجموعة من الباحثين من جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) في سيدني في تطوير تقنية جديدة لتحليل وتعزيز استقرار خلايا وقود الهيدروجين.
الهدف هو إنشاء خلايا وقود أكثر ديمومة يمكنها معالجة مشاكل الاستقرار والتدهور ، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل التكاليف على المدى الطويل والحث على الابتكارات في إنتاج خلايا الوقود الأكثر كفاءة.
الطريق إلى الطاقة المستدامة
تنتج خلايا وقود الهيدروجين الكهرباء والحرارة من خلال الاستفادة من الطاقة الكيميائية للهيدروجين ، تاركة الماء كمنتج ثانوي وحيد. يتم تحقيق ذلك عن طريق تغذية أنود الخلية بوقود الهيدروجين ، حيث يقوم المحفز بتقسيمه إلى بروتونات وإلكترونات.
على عكس تقنية البطاريات ، لا تحتاج خلايا الوقود إلى إعادة الشحن وستعمل طالما يتم توفير إمدادات ثابتة من الوقود. تمنح هذه الخاصية خلايا وقود الهيدروجين عمرًا تشغيليًا ممتدًا. علاوة على ذلك ، فهي تمتلك تصميمًا أخف وزنًا وأكثر إحكاما ، والذي لديه القدرة على إنتاج مخرجات طاقة أكبر عند دمجها في أنظمة السيارات.
ومع ذلك ، تظل خلايا وقود الهيدروجين مرتفعة نسبيًا من حيث التكلفة نظرًا لحقيقة أنها تستخدم البلاتين ، وهو معدن أرضي نادر ثمين ، كمحفز. وقد أدى هذا بدوره إلى إبطاء امتصاص هذا النوع من خلايا الوقود ، مما يعني أن النجاح التجاري لا يزال بعيد المنال.
يعكس هذا السعي لإيجاد حلول محفزة مبتكرة والتحسين المستمر تصميم الفريق على شق طريق نحو مشهد طاقة أكثر استدامة.
محفز للتغيير
يحاول فريق جامعة نيو ساوث ويلز ، بقيادة البروفيسور تشوان تشاو ، والدكتور كوينتين ماير ، والسيد شيانج ليو من كلية الكيمياء ، تحسين تكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين من خلال إيجاد طريقة لتطوير محفزات بديلة خالية من البلاتين. من خلال القيام بذلك ، يعتقد الفريق أنه بإمكانهم تعزيز الجدوى التجارية لخلايا وقود الهيدروجين بشكل كبير.
ومع ذلك ، فإن التحدي لا يتعلق فقط بإيجاد مادة بديلة ؛ يتعلق الأمر بالتأكد من أن أي مواد جديدة يمكن أن تطابق أو تتجاوز المواد الموجودة من حيث الوظيفة والاستقرار.
ركز باحثو جامعة نيو ساوث ويلز على تحديد وقت إزالة المعادن وتآكل الكربون. تساهم هذه العوامل في زيادة قابلية المحفزات الخالية من البلاتين للتحلل في خلايا وقود الهيدروجين.
في جوهرها ، فإن المسعى متعدد الأوجه لفريق UNSW ، بدءًا من استكشاف المحفز إلى تقنيات التقييم المبتكرة ، يقف كمحفز للتقدم في مجال الطاقة المستدامة.
طريق لتعزيز الاستقرار
كشف الفريق أن هذه التقنية مكنتهم من التحديد الدقيق للمواقع المعرضة لفقدان النشاط في المحفزات الخالية من البلاتين ، وهو عامل يساهم في التدهور المتسارع أثناء التشغيل. من خلال تحديد هذه المشكلة ومعالجتها ، يعتقد الفريق أنه يمكنهم بعد ذلك تنفيذ تدابير مباشرة تهدف إلى التخفيف من الآثار السلبية داخل نظام خلايا الوقود.
أظهر فريق USNW أنه من خلال تحسين تقنيات التحليل لتحسين مشكلات استقرار خلايا وقود الهيدروجين ، فإن الآخرين الذين يعملون لإيجاد محفزات خالية من البلاتين لاستخدامها في خلايا الوقود سيكونون مجهزين بشكل أفضل لتحديد وإنشاء مواد بديلة.
بالتبعية ، سيساعد هذا الاختراق الواعد على الدخول في المستقبل حيث يمكن أن تحتل خلايا وقود الهيدروجين مركز الصدارة على النطاق التجاري ، وتشمل التطبيقات المتنوعة من محطات الطاقة إلى حلول النقل.
إلى جانب تعزيز اقتصاد الطاقة الهيدروجينية ، يحتمل أن يقودنا هذا الإنجاز إلى بيئة طاقة أكثر نظافة واستدامة. علاوة على ذلك ، فإن هذا البحث ، جزئيًا ، يستجيب لضرورة تبني الهيدروجين كحل للطاقة في جميع أنحاء العالم ، بالنظر إلى الدافع المستمر لتقليل انبعاثات الكربون العالمية.
