تعتبر خلايا وقود الهيدروجين مصدر وقود متجدد. كما أنها تعتبر وقودًا بديلاً ، حيث لا تزال تقنية نادرة في العالم اليوم. يعد الهيدروجين أحد أكثر الموارد المتوفرة وفرة لدينا ، لذا فمن المنطقي أن تعمل خلايا الوقود.
توضح لنا عيوب خلايا وقود الهيدروجين ومزاياها أنها يمكن أن تكون خيار وقود متعدد الاستخدامات للعديد من الصناعات. إنه أيضًا خيار وقود يأتي بمجموعة فريدة من المخاطر الخاصة به.
قائمة مزايا خلايا وقود الهيدروجين
1. توفر خلايا الوقود هذه توفيرًا أفضل للوقود بشكل عام.
عندما يتم اختبار خلايا وقود الهيدروجين بالسيارات ، فإنها تحصل على عدد أميال لكل تعبئة مقارنة بالبنزين القياسي. حتى مع أفضل اقتصاد في استهلاك الوقود ، يظل أداء السيارة كما هو. بالنسبة للمركبة المتوسطة ، فإن الاقتصاد في استهلاك الوقود الذي يمكن تحقيقه هو ضعف الاقتصاد الحالي في وقود البنزين.
2. لا تطلق انبعاثات عند استخدامها.
عند استخدام خلايا وقود الهيدروجين لتوليد الطاقة ، فإن الانبعاثات الوحيدة التي تنتجها هي بخار الماء. هذا يعني أن شبكات النقل لدينا قد تفقد مليارات الأطنان من الكربون من عوادم المركبات إذا انتقلنا إلى هذه التكنولوجيا. في الولايات المتحدة ، ينتج السائق العادي ما يقرب من 5 أطنان مترية من ثاني أكسيد الكربون كل عام. حقيقة خلية وقود الهيدروجين هي أنه يمكن أن يكون لها تأثير فوري على الانبعاثات التي نولدها جميعًا كل يوم.
3. خلايا وقود الهيدروجين أكثر أمانًا من أنواع الوقود الأخرى.
الطاقة النووية لديها مخاطر إشعاعية معها. تحمل طاقة الفحم أيضًا خطرًا إشعاعيًا داخل رمادها. ينتج عن استهلاك البنزين والنفط إطلاق غازات متعددة في الغلاف الجوي ، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون. العديد من أشكال الوقود تطلق جزيئات تسبب الأمطار الحمضية ومشاكل في الجهاز التنفسي ومشاكل صحية أخرى. مع خلية وقود الهيدروجين ، تختفي مشاكل السلامة هذه.
4. إنه قادر على الأداء باستمرار بأي حجم.
تعتبر خلايا وقود الهيدروجين فريدة من نوعها من حيث أنها تقدم نفس نسب الأداء أثناء الاستهلاك ، بغض النظر عن حجم الخلايا. وهذا يعني أن أي تقنية تتطلب الوقود ليعمل ، يمكن أن تستخدم خلايا الوقود هذه كمصدر أساسي للطاقة. لا يمكن استخدام خلايا وقود الهيدروجين للمركبات فحسب ، بل يمكن أيضًا استخدامها للمنازل ولأغراض التدفئة والتبريد وحتى لتوليد الكهرباء.
5. يمكنهم توفير طاقة مستمرة.
لا تتطلب هذه التقنية إعادة شحن خلايا الوقود في أي وقت لإبقائها قيد التشغيل. الشرط الوحيد لخلايا وقود الهيدروجين هو أنه يجب أن يكون لديها إمكانية الوصول إلى الوقود لمواصلة عملياتها. نظرًا لأن خلايا الوقود تجمع بين الأكسجين والهيدروجين لإنتاج الطاقة ، والتي تتوفر بكثرة ، فإن الوصول إلى الوقود اللازم للحفاظ على عمل الخلايا لن يكون مشكلة بالنسبة لمعظم المستهلكين.
6. تتطلب مواد كيميائية أقل للعمل مقارنة بأنواع الوقود الأخرى.
إذا قمت بتعبئة سيارتك بالبنزين ، فأنت بذلك تعرض نفسك لمواد كيميائية معينة لها مخاطر صحية فريدة مرتبطة بها. الزيلين ، على سبيل المثال ، يمكن أن يسبب القيء والدوخة والصداع. يمكن أن يسبب البنزين أعراضاً مشابهة ، حتى إذا تم استنشاق الأبخرة التي تحتوي على المادة الكيميائية. في المجموع ، يمكن أن تحتوي بعض أنواع وقود البنزين على أكثر من 150 مادة كيميائية ومنظفات ومكونات أخرى. من المعروف أن بعض هذه العناصر مسببة للسرطان. لا تحمل خلايا الوقود الهيدروجينية خطر التعرض لمصدر الوقود الخاص بها.
7. يمكن دمج خلايا وقود الهيدروجين مع أصول البنية التحتية الحالية.
تتمثل إحدى طرق دمج خلايا وقود الهيدروجين في شبكة مرافق المجتمع في استخدام الغاز الحيوي. تنتج العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي مستويات عالية من الغاز الحيوي الذي يمكن تحويله إلى هيدروجين. مع توفر خلية وقود الهيدروجين في المصنع ، يمكن تحويل الغاز الحيوي إلى وقود يمكن استخدامه لتشغيل المنشأة بأكملها. إذا كانت خلايا الوقود كبيرة بما يكفي ، يمكن للتركيب أن يكمل الشبكة الكهربائية المحلية. تقوم منشأة مراقبة جودة المياه في ريفرسايد ، كاليفورنيا بالفعل بتجربة مثل هذا النظام وتولد أكثر من 30٪ من الطاقة اللازمة منه.
8. تكلفة خلايا وقود الهيدروجين مستمرة في الانخفاض.
في بداية القرن الحادي والعشرين ، كانت التكلفة التقديرية لخلية وقود الهيدروجين ، لكل كيلوواط / ساعة ، أكثر من 1000 دولار. اليوم ، تبلغ تكلفة كل كيلو واط مركب حوالي 50٪ مما كانت عليه قبل عقد من الزمن فقط. وهذا يعني أنه في غضون 10 سنوات أخرى ، يمكن أن تكون تكاليف تركيب خلايا وقود الهيدروجين تنافسية بما يكفي لتصبح مورداً بالغ الأهمية للعديد من المجتمعات.
9. يمكنك توجيه الطاقة حيثما احتجت إليها.
إنها موثوقية خلايا وقود الهيدروجين التي يمكن أن تمنحك ميزة على موارد الوقود الأخرى. عندما يتم توصيل خلايا الوقود هذه بالشبكة الكهربائية ، فإنها تتمتع بالقدرة على توجيه طاقتها إلى حيث قد تكون هناك حاجة إليها. يسمح ذلك للمرافق بالبدء في تطبيق اللامركزية على شبكاتهم ، مما يحسن موثوقيتها ، ويجعلها أقل عرضة لهجمات القرصنة ، ويقلل من مخاطر مشاكل الأمان الأخرى التي يواجهونها أيضًا.
10. يمكن لخلايا وقود الهيدروجين أن تخلق “شبكات صغيرة” للمجتمعات.
تحصل العديد من المجتمعات على الكهرباء من محطة توليد الكهرباء. تقوم المحطة بعد ذلك بتوزيع الكهرباء من خلال شبكة مثبتة ، لتصل في النهاية إلى المنازل والشركات الفردية. ماذا يحدث إذا فشل جزء من تلك الشبكة؟ ينطفئ الضوء. باستخدام تقنيات خلايا وقود الهيدروجين ، يمكن للمجتمعات إنشاء شبكات صغيرة خاصة بها للحفاظ على مستويات طاقة المحطة المركزية التي تفشل في توفيرها لسبب ما.
11. خلايا وقود الهيدروجين أسرع في الصيانة من خيارات المحركات الكهربائية الأخرى.
إذا أحضرت سيارة تعمل بخلية وقود هيدروجين إلى محطة خدمة بوقود متوافق ، فستدخل وتخرج من المحطة في غضون 10 دقائق أو أقل. يمكن للعديد من المالكين ملء سياراتهم في 3-5 دقائق. بالمقارنة مع خيارات السيارات الكهربائية الأخرى ، لا يوجد خيار أسرع. حتى شاحن Tesla Supercharger ، الذي يعمل بقدرة 120 كيلووات ، يتطلب 30 دقيقة لإعادة شحن السيارة بالكامل وهذا أسرع شاحن متاح اعتبارًا من مارس 2018.
12. خلايا وقود الهيدروجين تدوم لفترة أطول من أي وقت مضى.
أنتجت تويوتا سيارة تسمى “ميراي” تم اختبارها أكثر من أي تقنية أخرى لخلايا وقود الهيدروجين في التاريخ. لقد عرّضوه لظروف قاسية في ألاسكا ودفعوه إلى حرارة وادي الموت في كاليفورنيا. أظهرت اختباراتهم أن تقنيات خلايا الوقود الحالية الخاصة بهم يمكن أن تستمر حتى 3900 ساعة في بيئة العمل. وهذا يعني أن ميراي يجب أن تكون أول مركبة تضرب أكثر من 100000 ميل قبل أن تحتاج إلى استبدال.
قائمة عيوب خلايا وقود الهيدروجين
1. لا تزال خلايا وقود الهيدروجين تشكل مخاطر صحية.
على الرغم من أن خلايا وقود الهيدروجين لا تطلق نفس الانبعاثات الضارة مثل الأنواع الأخرى من الوقود عند استهلاكها ، لا تزال هناك بعض مخاطر السلامة التي يجب أخذها في الاعتبار مع هذه التقنية. مثل أي وقود ، سيكون هناك دائمًا خطر قابلية اشتعال الهيدروجين. يتم الاحتفاظ بالهيدروجين السائل ، الذي يستخدم غالبًا في تكوين خلايا الوقود في المقام الأول ، في درجات حرارة شديدة البرودة يمكن أن تسبب حروقًا متجمدة قد تكون خطيرة أيضًا على المستهلكين.
2. إنها ليست تقنية ميسورة التكلفة بالنسبة للشخص العادي.
يبلغ متوسط تكلفة السيارة التي تستخدم خلايا وقود الهيدروجين حوالي 50000 دولار. إذا كنت ترغب في إعادة شحن سيارتك لمواصلة قيادتها ، فإن جمعية خلايا الوقود في كاليفورنيا تفيد بأن متوسط السعر يبلغ حوالي 14 دولارًا للكيلوغرام الواحد. هذا يعادل دفع حوالي 5.60 دولارات للغالون مقابل الغاز. نظرًا لأن هذه المركبات لديها ضعف النطاق ، فإن ذلك يقلل السعر المعادل إلى 2.80 دولار للغالون مقارنة بمركبة أخرى. هذا يعني أن تكلفة السيارة يمكن أن تكلف ضعف ذلك ثم تكلفتها لتشغيلها.
3. تتوفر خلايا وقود الهيدروجين بكميات محدودة.
على الرغم من استخدام خلايا وقود الهيدروجين كمصدر للطاقة للمشاريع واسعة النطاق منذ السبعينيات ، إلا أن هذه التكنولوجيا كان توافرها محدودًا. حتى مع زيادة الشعبية ، يكافح الشخص العادي للحصول على خلية وقود الهيدروجين. ينتج مصنعو السيارات بضعة آلاف من المركبات فقط لنماذجهم التي تعمل بالهيدروجين كل عام. على الرغم من أن الهدف هو جعل هذه التكنولوجيا قابلة للمقارنة من حيث التكلفة للأنظمة الكهربائية بحلول عام 2025 ، فقد تم إحراز تقدم ضئيل في القيام بذلك.
4. يتطلب استثمار رأسمالي كبير لدمجه في بنيتنا التحتية.
يبلغ متوسط تكلفة تركيب ميل واحد فقط من نظام نقل طاقة خلايا وقود الهيدروجين أكثر من 200000 دولار. في المواقع الجغرافية الصعبة ، يمكن أن تصل التكلفة إلى 2 مليون دولار لكل ميل. بدون القدرة على نقل الوقود لمالكي خلايا وقود الهيدروجين ، فإن التكنولوجيا عديمة الفائدة بشكل أساسي. للاستفادة من الطبيعة منخفضة الانبعاثات لخلايا الوقود هذه ، سيلزم استثمار البنية التحتية بأكثر من 1 تريليون دولار في الولايات المتحدة لجعلها متاحة على نطاق واسع بما يكفي لاستخدامها من قبل الشخص العادي.
5. تكاليف نقل الهيدروجين مرتفعة للغاية.
في الوقت الحالي ، تكلفة نقل الهيدروجين أعلى بحوالي 4 مرات من أي مصدر طاقة مماثل آخر نستخدمه. سبب هذه التكاليف المرتفعة هو أن الهيدروجين يواجه مستويات عالية من فقدان الطاقة عند نقله بأي شكل. حتى مع التقنيات الحديثة التي تمنع فقدان الطاقة ، تتوقع الصناعة خسارة تبخر تصل إلى 20٪ في كل مرة يتم فيها نقل الهيدروجين. أثناء النقل لمسافات طويلة ، يمكن أن يفقد ما يصل إلى 50٪ من المنتج. بدون الابتكار في هذه الفئة ، قد يكون من المستحيل على بعض الأسر الريفية الاستفادة من هذه التكنولوجيا.
6. حاليًا ، لا تعمل خلايا وقود الهيدروجين مع جميع التقنيات التي لدينا.
تم تصميم معظم تقنياتنا للعمل على الوقود الأحفوري أو بعض موارد الطاقة المتجددة. للاستفادة من استهلاك الوقود الخالي من الانبعاثات الذي توفره هذه التقنية ، سنحتاج إلى ابتكارات في العديد من القطاعات لجعلها متوافقة مع العديد من التقنيات الحالية. سجلت شركة آبل براءة اختراع تستخدم خلايا وقود الهيدروجين في أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية ، إلا أنها كانت في عام 2011 ولم تتحقق أبدًا. ستكون نفس التحديات التي واجهتها Apple عبر الصناعات.
7. استخدام الهيدروجين ليس آمنًا كما يعتقد الكثيرون.
على الرغم من أن ميزة خلية وقود الهيدروجين هي أنها تنتج الماء عند استهلاكها ، فإن الهيدروجين كغاز ليس شيئًا نريده في غلافنا الجوي بكميات كبيرة. نحن نعلم بالفعل أن الهيدروجين يتسرب أثناء عملية تصنيع وتركيب خلايا الوقود. إذا تم إطلاق كمية كافية من الهيدروجين في الهواء ، فقد تتداخل مع توازن الأوزون الحالي الذي يحمينا من الأشعة فوق البنفسجية.
8. يتطلب منطقة درجة حرارة محددة للتشغيل المستمر.
تعمل خلايا وقود الهيدروجين بشكل أفضل عند الاحتفاظ بها في درجة حرارة أقل من 212 درجة فهرنهايت ، مما يجعل خلايا الوقود هذه من الصعب دمجها في تقنيات معينة ، بما في ذلك تقنيات السيارات الحالية. يعمل محرك السيارة المتوسط في نطاق درجة حرارة يمكن أن يتجاوز 220 درجة فهرنهايت ، كما أن بعض الأجهزة ، مثل الفرن ، ستكون أيضًا غير متوافقة مع هذه التقنية. ما لم يتم تطوير طرق جديدة لتوجيه الحرارة خارج خلايا الوقود ، فقد تكون هناك بعض الخيارات التي لا تحصل أبدًا على تجربة الفوائد التي يمكن أن يوفرها الهيدروجين.
9. لا تزال هناك حاجة للوقود الأحفوري لصنع خلايا الوقود.
على الرغم من أن انبعاثاتنا ستقل بالتحول إلى خلايا وقود الهيدروجين ، إلا أنها لن تختفي تمامًا. تعتبر المنتجات البترولية ضرورية في بناء خلية وقود الهيدروجين ، مما يعني أن هناك تكلفة انبعاثات لكل عنصر يتم إنتاجه. يمكننا تحقيق وفورات صافية على إجمالي انبعاثاتنا بمرور الوقت. ومع ذلك ، بالنسبة لعملية الانتقال ، سندفع في البداية تكلفة انبعاثات أعلى حتى يبدأ الجميع في استخدام هذه التقنية. سنقلل من استهلاك الوقود الأحفوري ، لكن لن نلغيه.
10. لا يزال يتم إنشاء معظم وقود الهيدروجين من الوقود الأحفوري.
بالنسبة للبنزين ، فإن الوقود الأحفوري الأساسي المستخدم في إنشائه هو النفط الخام. يتم تكرير هذا الزيت حتى ينتج ما نستخدمه لسياراتنا. على الرغم من أنه يمكن استخراج الهيدروجين من الموارد البيئية ، إلا أن المصدر الرئيسي لهذا النوع من الطاقة يأتي من الغاز الطبيعي. حتى في كاليفورنيا ، حيث تنتشر محطات وقود الهيدروجين أكثر من أي مكان آخر في العالم ، يجب أن يأتي ثلث الوقود المباع فقط من مصدر متجدد. هذا يعني أننا ما زلنا بعيدين عن حلمنا بامتلاك وقود حقيقي خالٍ من الانبعاثات.
11. إنها تقنية غير مثبتة.
على الرغم من أن خلايا وقود الهيدروجين توفر مصدر طاقة فوريًا للعديد من الصناعات ، إلا أن قابليتها للبقاء على المدى الطويل كمورد للطاقة لا تزال غير مثبتة. لم يكن هناك أبدًا إنتاج لمدة 10 سنوات لخلايا وقود الهيدروجين. نحن نعلم بالفعل أن مكدسات خلايا الوقود داخل هذه الخلايا تنخفض كفاءتها بمرور الوقت عند استخدامها. وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية ، تعمل خلايا وقود الهيدروجين الحالية لحوالي 2500 ساعة ، وربما لفترة أطول. وهذا يعادل 80000 ميل تقريبًا مدفوعة قبل الحاجة إلى استبدال خلايا الوقود. ترغب وزارة الطاقة في تشغيل المركبات لمدة 5 ،
تظهر عيوب خلايا وقود الهيدروجين ومزاياها أن الطبيعة الخالية من الانبعاثات لهذه التقنية تستحق نظرة فاحصة. سيتطلب مستويات عالية من الاستثمار في البحث والابتكار المستمر في القطاعات الحالية حتى يصبح خيارًا ميسور التكلفة للجميع. حتى ذلك الحين ، أولئك الذين يستطيعون تحمل تكلفة هذه التكنولوجيا والمستعدون لتحمل مخاطر معينة سيكونون هم الذين يمكنهم اكتشاف هذه الفوائد وغيرها التي قد تكون ممكنة.