تاريخچه پیل سوختی

اگر چه پيلآ*سوختي به تازگي به عنوان يكي از راهكارهاي توليد انرژي الكتريكي مطرح شده است ولي تاريخچه آن به قرن نوزدهم و كار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر ميآ*گردد. او اولين پيلآ*سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.

واژه "پيلآ*سوختي" در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيلآ*سوختي که هوا و سوخت ذغالآ*سنگ را مصرف ميآ*کرد، ساختند. تلاشآ*هاي متعددي در اوايل قرن بيستم در جهت توسعه پيلآ*سوختي انجام شد که به دليل عدم درک علمي مسئله هيچ يک موفقيت آميز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوختآ*های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.

فصلي ديگر از تاريخچه تحقيقات پيلآ*سوختي توسط فرانسيس بيكن از دانشگاه كمبريج انجام شد. او در سال 1932 بر روي ماشين ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسياري انجام داد. اين اصلاحات شامل جايگزيني كاتاليست گرانقيمت پلاتين با نيكل و همچنين استفاده از هيدروكسيدپتاسيم قليايي به جاي اسيد سولفوريك به دليل مزيت عدم خورندگي آن ميآ*باشد. اين اختراع كه اولين پيلآ*سوختي قليايي بود، “Bacon Cell” ناميده شد. او 27 سال تحقيقات خود را ادامه داد تا توانست يك پيلآ*سوختي كامل وكارا ارائه نمايد. بيكون در سال 1959 پيلآ*سوختي با توان 5 كيلووات را توليد نمود كه ميآ*توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.

تحقيقات جديد در اين عرصه از اوايل دهه 60 میلادی با اوج گيري فعالیتآ*های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مركز تحقيقات ناسا در پي تامين نيرو جهت پروازهاي فضايي با سرنشين بود. ناسا پس از رد گزينهآ*هاي موجود نظير باتري (به علت سنگيني)، انرژي خورشيدي(به علت گران بودن) و انرژي هستهآ*اي (به علت ريسك بالا) پيلآ*سوختي را انتخاب نمود.

تحقيقات در اين زمينه به ساخت پيلآ*سوختي پليمري توسط شركت جنرال الكتريك منجر شد. ایالات متحده فنآ*آوری پیل سوختی را در برنامه فضايي Gemini استفاده نمود كه اولين كاربرد تجاري پيلآ*سوختي بود.

پرت و ويتني دو سازنده موتور هواپیما پيلآ*سوختي قليايي بيكن را به منظور كاهش وزن و افزايش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضايي پولو به كار بردند. در هر دو پروژه پيلآ*سوختي بعنوان منبع انرژي الكتريكي براي فضاپيما استفاده شدند. اما در پروژه پولو پيلآ*هاي سوختي براي فضانوردان آب آشاميدني نيز توليد ميآ*كرد. پس از کاربرد پيلآ*هاي سوختي در اين پروژهآ*ها، دولتآ*ها و شركتآ*ها به اين فنآ*آوري جديد به عنوان منبع مناسبي براي تولید انرژي پاك در آينده توجه روزافزوني نشان دادند.

از سال 1970 فنآوري پيلآ*سوختي براي سيستمآ*هاي زميني توسعه يافت. تحريم نفتي از سال1973-1979 موجب تشديد تلاش دولتمردان امريكا و محققين در توسعه اين فنآ*آوري به جهت قطع وابستگي به واردات نفتي گشت.

در طول دهه 80 تلاش محققين بر تهيه مواد مورد نياز، انتخاب سوخت مناسب و كاهش هزينه استوار بود. همچنين اولين محصول تجاري جهت تامين نيرو محركه خودرو در سال1993 توسط شركت بلارد ارائه شد.

كاربردهاي پيل سوختي نيروگاهي

بازار مولدهای نیروگاهی پیلآ*سوختی بسیار گسترده است و کاربردهای دولتی، نظامی و صنعتی را شامل میآ*شود. همچنین به عنوان نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری در مخابرات، صنایع پزشکی، ادارات، بیمارستانآ*ها، هتلآ*های بزرگ و سیستمآ*های کامپیوتری به کار میآ*رود.

پیلآ*های سوختی نسبتاً آرام و بیآ*صدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسبند. علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاهآ*ها میآ*توان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.

این نیروگاهآ*ها در مصارف کوچک بازدهی الکتریکی بالایی دارند و همچنین در ترکیب با نیروگاهآ*های گاز طبیعی بازدهی الکتریکی آنها به 70-80% میآ*رسد.

مزیت دیگر این نیروگاهآ*ها عدم آلودگی محیط زیست است. خروجی نیروگاهآ*های پیلآ*سوختی بخارآ*آب می باشد.

نیروگاهآ*های پیل سوختی قابلیت استفاده از سوختآ*های مختلف مانند متانول، اتانول، هیدروژن، گاز طبیعی، پروپان و بنزین را دارند و مانند سایر نیروگاهآ*ها محدود به استفاده از یک منبع انرژی خاص نیست.

از زمانیکه اولین پیلآ*سوختی نیروگاهی در دهه 60 تولید گشت، تا کنون در مجموع 650 سیستم کامل با توان بیش از 10 کیلووات (میانگین آن 200 کیلووات است) ساخته شد. تقریباً 90 درصد از این واحدها با گاز طبیعی تغذیه می شود. البته استفاده از سوختآ*های جایگزین نظیر بیوگاز و گاز ذغال نیز پیشرفت قابل ملاحظهآ*ای داشته است.

در این بخش نیروگاه انواع متنوع پیلآ*سوختی به کار رفته است. در ابتدا از پیلآ*سوختی اسید فسفریک آغاز گردید و سپس پیلآ*سوختی پلیمری و پیلآ*سوختی کربنات مذاب جایگزین آن گشتند. در حالیکه پیلآ*سوختی اکسید جامد در آینده بازار را به قبضه در خواهد آورد.

در بخش پیلآ*های سوختی نیروگاهی کوچک (زیر 10 کیلووات) نیز رشد قابل ملاحظهآ*ای را شاهد بودیم. تعداد این واحدها اکنون به 1900 رسیده است. این سیستم جهت مصارف خانگی و بازارهایی از قبیل UPS ونیروی پشتیبان در اماکن دوردست کاربری دارد. نیمی از محصولات در آمریکای شمالی توسعه یافته است.

در بخش سیستمآ*های نیروگاهی کوچک 20 درصد سهم بازار را پیلآ*سوختی اکسیدجامد و مابقی را پیلآ*سوختی پلیمری تشکیل ميآ*آ*دهد. بازار پیلآ*سوختی کوچک در ژاپن که به مصارف خانگی اختصاص دارد، منحصراً با پیلآ*سوختی پلیمری است و امید است تا انتهای سال 2005 محصولات به بازار عرضه گردند.

فروش تعدادی از واحدهای نیروگاهی کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سیستم GenCore شرکت Plug Power می باشد(توان 5 کیلووات، 15000 دلار)

دولت ژاپن حمایت خود از توسعه پیلآ*های سوختی نیروگاهی در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شرکت های ژاپنی گاز توکیو و Osaca از بزرگترین شرکت های توسعه دهنده این فنآ*آوری میآ*باشند.