الهيدروجين هو العنصر الأبسط والأكثر وفرة في الكون، وهو متعدد الاستخدامات بشكل لا يصدق، وقد تم تسخيره مؤخرًا خلايا وقود الهيدروجين عبر عملية كهروكيميائية تجمع بين الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الماء والغاز. يمكن لهذه الخلايا أن تحل بعض المشكلات الأكثر إلحاحًا المتعلقة بالطاقة. في حين أن الجدل مستمر حول إيجابيات وسلبيات خلايا الوقود الهيدروجيني، فلا خلاف على أن الهيدروجين هو بديل صديق للبيئة للوقود الأحفوري الذي يمكن أن يوفر طاقة عالية الكثافة للعديد من المنشآت الصناعية ووسائل النقل.
هنا، سوف نتعمق في كيفية تأثير خلايا الوقود الهيدروجيني على تغيير مستقبل استخدام الطاقة وكيف يمكن للشركات الاستفادة من هذا التطور.
جدول المحتويات
السوق العالمية لخلايا وقود الهيدروجين
حقائق تحيط بخلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين
وفي الختام
السوق العالمية لخلايا وقود الهيدروجين
كان السوق العالمي لخلايا الوقود الهيدروجينية يستحق ذلك ما يقدر بنحو 6.6 مليار دولار أمريكي في عام 2021وشركات خلايا الوقود على مواصلة العمل على جعل خلايا وقود الهيدروجين أخف وزنا وأقل تكلفة في الإنتاج وتتطلب أجزاء أقل.
على هذا النحو، من المتوقع أن تبلغ قيمة السوق 19.5 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2027 وأن تسجل معدل نمو سنوي مركب قدره 21٪ بين عامي 2022 و2027. كما أن الطلب على الطاقة النظيفة في مناطق معينة، لا سيما منطقة آسيا والمحيط الهادئ، يزيد من نمو نمو الهيدروجين. سوق خلايا الوقود، حيث تهيمن اليابان على توسع هذا القطاع من خلال مجموعة من التطبيقات. ومن بين البلدان الأخرى التي يبدو أن النمو المستقبلي فيها أمر لا مفر منه الصين وألمانيا وكوريا.
حقائق تحيط بخلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين
فيما يلي 10 حقائق عنه خلايا وقود الهيدروجين ما يميزها عن أنظمة تخزين الوقود الأخرى:
خلايا الوقود هي مصدر للطاقة النظيفة
خلايا وقود الهيدروجين الوقوف كمصدر للطاقة النظيفة مع تأثير ضئيل على البيئة. لا يوجد أي احتراق في عملية التخزين، والمنتجات الثانوية هي فقط الحرارة والماء. بالإضافة إلى ذلك، على عكس الطاقة الكهرومائية أو الوقود الحيوي، ليست هناك حاجة إلى مساحات واسعة من الأراضي لإنتاج الهيدروجين.
وتعمل ناسا أيضًا على استخدام الهيدروجين كمورد، حيث يتم استخدام المياه المنتجة كمنتج ثانوي كمياه شرب لرواد الفضاء. هذه الحقيقة توضح كيف خلايا وقود الهيدروجين هي مورد غير سام، مما يجعلها متفوقة على الفحم أو الطاقة النووية أو الغاز الطبيعي.
خلايا الهيدروجين لديها القليل من التلوث الصوتي أو البصري
مثل مصادر الطاقة الأخرى خلايا وقود الهيدروجين لا تولد ضوضاء مفرطة. حتى المركبات التي تعمل بالهيدروجين تصدر صوتًا أقل من تلك التي تستخدم محركات الاحتراق الداخلي التقليدية. تنطوي محركات المركبات التقليدية على انفجارات وأجزاء ميكانيكية متحركة، في حين أن العملية الكهروكيميائية في خلايا الوقود هادئة وتنتج الحد الأدنى من الضوضاء الميكانيكية. وهذا هو أحد الأسباب وتشير التقديرات إلى أن حوالي 20٪ من المركبات في جميع أنحاء العالم سيتم تشغيلها بخلايا الوقود بحلول عام 2030.
إن التصميم البسيط لخلايا الوقود يقلل من الحاجة إلى المكونات الميكانيكية المعقدة التي يمكن أن تساهم في التلوث البصري. التصميم الانسيابي ل خلايا الهيدروجين يعزز التوافق البصري عبر العديد من التطبيقات.
خلايا الوقود متعددة الاستخدامات
براعة خلايا وقود الهيدروجين يعد أيضًا عاملاً رئيسياً في اعتمادها المتزايد. تتراوح تطبيقاتها من تزويد المركبات والمباني بالطاقة إلى الأدوات الإلكترونية المحمولة وهياكل الطاقة البديلة.
ويجري أيضًا استكشاف خلايا وقود الهيدروجين للصناعات البحرية والجوية. يهدف هذا الميل نحو الدفع المعتمد على الهيدروجين إلى تقليل الانبعاثات وإحداث الحد الأدنى من التأثير البيئي.
تتمتع الخلايا التي تعمل بالهيدروجين بأوقات شحن سريعة
أحدث تصاميم خلايا وقود الهيدروجين لقد خفضت بشكل كبير أوقات الشحن. وقد تم تحقيق ذلك من خلال استخدام ملف شبه أسطواني كمبادل حراري داخلي، مما يؤدي إلى تبريد خلية وقود الهيدروجين الصلبة بشكل أسرع، مما يساعد بدوره على شحنها بشكل أسرع.
ومن خلال هذه الطريقة، تم تقليل وقت شحن الهيدروجين بنسبة 59% مقارنة باستخدام مبادل حراري حلزوني تقليدي.
توفر خلايا الوقود مدة استخدام طويلة
العمر الدقيق ل خلية الوقود يعتمد على استخدامه لأن البطاريات تستنزف بمعدلات مختلفة حسب تطبيقاتها. على سبيل المثال، يمكن للمركبات التي تعمل بخلايا الوقود الهيدروجيني أن تسافر بمعدل 312 و380 ميلاً قبل إعادة التزود بالوقود. تم تصميم مداخن الوقود الموجودة في الخلايا للاستخدام مدى الحياة، أي حوالي 150,000 إلى 200,000 ميل. عندما ينتهي العمر الافتراضي، يمكن تفكيك خلايا الوقود، ويمكن إعادة تدوير المكونات.
هذه المدة أكثر مما تقدمه السيارات الكهربائية. لا تؤثر درجة الحرارة الخارجية على كفاءة خلية الوقود. لا يتدهور في الطقس البارد كما هو الحال عند استخدامه في المركبات الكهربائية. يتم تضخيم هذه الميزة لخلايا وقود الهيدروجين عند دمجها مع أوقات الشحن السريع.
تعتبر خلايا الطاقة الهيدروجينية أكثر قوة
خلايا الوقود هي مصدر طاقة عالي الكثافة مع كفاءة طاقة ممتازة. بشكل عام، يحتوي الهيدروجين على أعلى محتوى طاقة من أي وقود شائع من حيث الوزن. يتمتع الهيدروجين السائل والغازات ذات الضغط العالي بثلاثة أضعاف كثافة الطاقة الوزنية للغاز الطبيعي المسال والديزل، وطاقة حجمية مشابهة للغاز الطبيعي.
تسمح كفاءة استهلاك الوقود بإنتاج المزيد من الطاقة لكل رطل من الوقود. على سبيل المثال، تنتج محطة طاقة الاحتراق التقليدية الكهرباء بكفاءة تتراوح بين 33-35% مقارنة بـ 65% من خلايا الوقود الأخرى. ويحدث الشيء نفسه مع المركبات، حيث خلايا وقود الهيدروجين نشر 40-60% من الطاقة مع توفير 50% من استهلاك الوقود.
تعتبر تكنولوجيا خلايا الهيدروجين مثالية للمجتمعات الريفية
تقع محطات الطاقة في العديد من البلدان بعيدًا عن مراكز المدن، وهناك حاجة إلى شبكات التوزيع لضمان توصيل الطاقة بشكل ثابت إلى المستهلكين. وعلى نحو مماثل، هناك حاجة إلى حلول ملموسة لتوفير الطاقة للمجتمعات الريفية. وقد كشف الباحثون أن مد الطاقة إلى هذه المناطق غير ممكن اقتصاديًا وتقنيًا.
البساطة والفعالية خلايا الوقود وجعلها مصدر طاقة مناسباً للمناطق الريفية. عملها مستقل عن أي أجزاء متحركة ولها عمر طويل، والذي يمكن أن يصل إلى 40,000 ساعة. كما يمكن تكديسها لتتناسب مع متطلبات الطاقة المختلفة.
ومن خلال الاستفادة من حقيقة أن خلايا الوقود تولد الحرارة والطاقة في وقت واحد، يمكن استخدام كليهما لأغراض مختلفة. على سبيل المثال، يمكن استخلاص الحرارة واستخدامها في معدات التهوية الحرارية وتكييف الهواء. على سبيل المثال، في جنوب أفريقيا، يتم استخدام 13% من الطاقة لتدفئة الأماكن بينما يتم استخدام 32% للمياه الساخنة.
يمكن أن تعمل خلايا الوقود كطاقة احتياطية
أصبحت خلايا الوقود الهيدروجيني تقنية واعدة للاستخدام في تطبيقات الطاقة الاحتياطية. تشير الطاقة الاحتياطية إلى استخدام مصادر الطاقة الثانوية لتوفير الطاقة في حالة انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ. وهذا أمر بالغ الأهمية للبنية التحتية مثل مراكز البيانات والمستشفيات وشبكات الاتصالات. خلايا الطاقة الهيدروجينية توفير طاقة موثوقة لهذه البنية التحتية، مع وقت تشغيل مرتفع ومتطلبات صيانة منخفضة. تقوم العديد من المؤسسات في جميع أنحاء العالم بنشر خلايا الوقود لتحقيق أقصى استفادة من امتيازاتها.
خلايا الهيدروجين محمولة
تعد الطاقة المحمولة أمرًا ضروريًا للأفراد والمنظمات العاملة في العديد من المجالات، وقد يؤدي الاعتماد الكبير على هياكل الطاقة الضخمة إلى فرض قيود على الحركة. لحسن الحظ، خلايا الوقود وقد ظهرت كحل لهذه الاحتياجات. تزن أنظمة الوقود المحمولة أقل من 10 كجم وتوفر طاقة أقل من 5 كيلو وات.
الأصغر خلايا الوقود الدقيقة يمكن استخدامها لتشغيل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ولها فوائد تتعلق بتقليل الوزن وكثافة الطاقة عند مقارنتها ببطاريات الليثيوم أيون. من ناحية أخرى، تظهر الطاقة المحمولة واسعة النطاق نتائج واعدة للتطبيقات البعيدة جغرافيًا مثل محطات الطقس.
يمكن لخلايا الوقود إضفاء الطابع الديمقراطي على السلطة
إن الاعتماد المفرط على الوقود الأحفوري لإنتاج الطاقة يستنزف أنظمة الطاقة ويلوث البيئة. خلايا الوقود السماح بإنتاج الطاقة الموزعة التي تساعد المجتمعات والكيانات الصغيرة على توليد المزيد من الطاقة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن انخفاض الاعتماد على شبكات الطاقة المركزية يمكن أن يمنح الأفراد والمجتمعات المحلية المزيد من السيطرة، مما يساعد على تقليل فرصة ارتفاع أسعار الوقود الأحفوري في الأوقات التي تصبح فيها المخزونات قصيرة.
ويعمل توليد الطاقة اللامركزي باستخدام الوقود الأحفوري على تعزيز القدرة على الصمود أثناء فشل الشبكة أو الكوارث الطبيعية، ويعني إنتاج الطاقة محليًا أن المرافق والخدمات الحيوية يمكن أن تستمر في العمل حتى عندما تتعطل الشبكة المركزية.
وفي الختام
تركز الأبحاث الجارية على تحديد وتطوير تكنولوجيا خلايا الوقود لتقليل التكلفة وتوسيع عمر مكونات مجموعة خلايا الوقود مثل المحفزات والأغشية والألواح ثنائية القطب وتجميعات الأقطاب الكهربائية الغشائية. كما أن عمليات التصنيع ذات الحجم الكبير والتكاليف المنخفضة ستجعل هياكل خلايا الوقود قادرة على المنافسة من حيث التكلفة مع التقنيات التقليدية.
تساعد هذه الأنواع من خلايا الوقود المحسنة بشكل متزايد في تزويد المجتمعات بالطاقة وفي الصناعات التي تحتاج إلى الطاقة. مع تحسن التكنولوجيا، من المرجح أن نراها يتم تسخيرها في المزيد من قطاعات المجتمع.
إذا كنت تتطلع إلى الحصول على أحدث تقنيات خلايا الوقود، فتصفح آلاف الخيارات من الموردين الموثوقين على Alibaba.com.
