تاریخچه پیل سوختی
اگر چه پیلآسوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکارهای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر میآگردد. او اولین پیلآسوختی را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.
واژه "پیلآسوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به کار گرفته شد. آنها نوعی پیلآسوختی که هوا و سوخت ذغالآسنگ را مصرف میآکرد، ساختند. تلاشآهای متعددی در اوایل قرن بیستم در جهت توسعه پیلآسوختی انجام شد که به دلیل عدم درک علمی مسئله هیچ یک موفقیت آمیز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوختآهای فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.
فصلی دیگر از تاریخچه تحقیقات پیلآسوختی توسط فرانسیس بیکن از دانشگاه کمبریج انجام شد. او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام داد. این اصلاحات شامل جایگزینی کاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیکل و همچنین استفاده از هیدروکسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریک به دلیل مزیت عدم خورندگی آن میآباشد. این اختراع که اولین پیلآسوختی قلیایی بود، “Bacon Cell” نامیده شد. او 27 سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یک پیلآسوختی کامل وکارا ارائه نماید. بیکون در سال 1959 پیلآسوختی با توان 5 کیلووات را تولید نمود که میآتوانست نیروی محرکه یک دستگاه جوشکاری را تامین نماید.
تحقیقات جدید در این عرصه از اوایل دهه 60 میلادی با اوج گیری فعالیتآهای مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مرکز تحقیقات ناسا در پی تامین نیرو جهت پروازهای فضایی با سرنشین بود. ناسا پس از رد گزینهآهای موجود نظیر باتری (به علت سنگینی)، انرژی خورشیدی(به علت گران بودن) و انرژی هستهآای (به علت ریسک بالا) پیلآسوختی را انتخاب نمود.
تحقیقات در این زمینه به ساخت پیلآسوختی پلیمری توسط شرکت جنرال الکتریک منجر شد. ایالات متحده فنآآوری پیل سوختی را در برنامه فضایی Gemini استفاده نمود که اولین کاربرد تجاری پیلآسوختی بود.
پرت و ویتنی دو سازنده موتور هواپیما پیلآسوختی قلیایی بیکن را به منظور کاهش وزن و افزایش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضایی پولو به کار بردند. در هر دو پروژه پیلآسوختی بعنوان منبع انرژی الکتریکی برای فضاپیما استفاده شدند. اما در پروژه پولو پیلآهای سوختی برای فضانوردان آب آشامیدنی نیز تولید میآکرد. پس از کاربرد پیلآهای سوختی در این پروژهآها، دولتآها و شرکتآها به این فنآآوری جدید به عنوان منبع مناسبی برای تولید انرژی پاک در آینده توجه روزافزونی نشان دادند.
از سال 1970 فنآوری پیلآسوختی برای سیستمآهای زمینی توسعه یافت. تحریم نفتی از سال1973-1979 موجب تشدید تلاش دولتمردان امریکا و محققین در توسعه این فنآآوری به جهت قطع وابستگی به واردات نفتی گشت.
در طول دهه 80 تلاش محققین بر تهیه مواد مورد نیاز، انتخاب سوخت مناسب و کاهش هزینه استوار بود. همچنین اولین محصول تجاری جهت تامین نیرو محرکه خودرو در سال1993 توسط شرکت بلارد ارائه شد.
کاربردهای پیل سوختی نیروگاهی
بازار مولدهای نیروگاهی پیلآسوختی بسیار گسترده است و کاربردهای دولتی، نظامی و صنعتی را شامل میآشود. همچنین به عنوان نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری در مخابرات، صنایع پزشکی، ادارات، بیمارستانآها، هتلآهای بزرگ و سیستمآهای کامپیوتری به کار میآرود.
پیلآهای سوختی نسبتاً آرام و بیآصدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسبند. علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاهآها میآتوان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
این نیروگاهآها در مصارف کوچک بازدهی الکتریکی بالایی دارند و همچنین در ترکیب با نیروگاهآهای گاز طبیعی بازدهی الکتریکی آنها به 70-80% میآرسد.
مزیت دیگر این نیروگاهآها عدم آلودگی محیط زیست است. خروجی نیروگاهآهای پیلآسوختی بخارآآب می باشد.
نیروگاهآهای پیل سوختی قابلیت استفاده از سوختآهای مختلف مانند متانول، اتانول، هیدروژن، گاز طبیعی، پروپان و بنزین را دارند و مانند سایر نیروگاهآها محدود به استفاده از یک منبع انرژی خاص نیست.
از زمانیکه اولین پیلآسوختی 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 سوختآهای جایگزین نظیر بیوگاز و گاز ذغال نیز پیشرفت قابل ملاحظهآای داشته است.
در این بخش نیروگاه انواع متنوع پیلآسوختی به کار رفته است. در ابتدا از پیلآسوختی اسید فسفریک آغاز گردید و سپس پیلآسوختی پلیمری و پیلآسوختی کربنات مذاب جایگزین آن گشتند. در حالیکه پیلآسوختی اکسید جامد در آینده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پیلآهای سوختی نیروگاهی کوچک (زیر 10 کیلووات) نیز رشد قابل ملاحظهآای 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 سیستمآهای نیروگاهی کوچک 20 درصد سهم بازار را پیلآسوختی اکسیدجامد و مابقی را پیلآسوختی پلیمری تشکیل میآآدهد. بازار پیلآسوختی کوچک در ژاپن که به مصارف خانگی اختصاص دارد، منحصراً با پیلآسوختی 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 پیلآهای 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 فنآآوری میآباشند.
اگر چه پیلآسوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکارهای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر میآگردد. او اولین پیلآسوختی را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.
واژه "پیلآسوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به کار گرفته شد. آنها نوعی پیلآسوختی که هوا و سوخت ذغالآسنگ را مصرف میآکرد، ساختند. تلاشآهای متعددی در اوایل قرن بیستم در جهت توسعه پیلآسوختی انجام شد که به دلیل عدم درک علمی مسئله هیچ یک موفقیت آمیز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوختآهای فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.
فصلی دیگر از تاریخچه تحقیقات پیلآسوختی توسط فرانسیس بیکن از دانشگاه کمبریج انجام شد. او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام داد. این اصلاحات شامل جایگزینی کاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیکل و همچنین استفاده از هیدروکسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریک به دلیل مزیت عدم خورندگی آن میآباشد. این اختراع که اولین پیلآسوختی قلیایی بود، “Bacon Cell” نامیده شد. او 27 سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یک پیلآسوختی کامل وکارا ارائه نماید. بیکون در سال 1959 پیلآسوختی با توان 5 کیلووات را تولید نمود که میآتوانست نیروی محرکه یک دستگاه جوشکاری را تامین نماید.
تحقیقات جدید در این عرصه از اوایل دهه 60 میلادی با اوج گیری فعالیتآهای مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مرکز تحقیقات ناسا در پی تامین نیرو جهت پروازهای فضایی با سرنشین بود. ناسا پس از رد گزینهآهای موجود نظیر باتری (به علت سنگینی)، انرژی خورشیدی(به علت گران بودن) و انرژی هستهآای (به علت ریسک بالا) پیلآسوختی را انتخاب نمود.
تحقیقات در این زمینه به ساخت پیلآسوختی پلیمری توسط شرکت جنرال الکتریک منجر شد. ایالات متحده فنآآوری پیل سوختی را در برنامه فضایی Gemini استفاده نمود که اولین کاربرد تجاری پیلآسوختی بود.
پرت و ویتنی دو سازنده موتور هواپیما پیلآسوختی قلیایی بیکن را به منظور کاهش وزن و افزایش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضایی پولو به کار بردند. در هر دو پروژه پیلآسوختی بعنوان منبع انرژی الکتریکی برای فضاپیما استفاده شدند. اما در پروژه پولو پیلآهای سوختی برای فضانوردان آب آشامیدنی نیز تولید میآکرد. پس از کاربرد پیلآهای سوختی در این پروژهآها، دولتآها و شرکتآها به این فنآآوری جدید به عنوان منبع مناسبی برای تولید انرژی پاک در آینده توجه روزافزونی نشان دادند.
از سال 1970 فنآوری پیلآسوختی برای سیستمآهای زمینی توسعه یافت. تحریم نفتی از سال1973-1979 موجب تشدید تلاش دولتمردان امریکا و محققین در توسعه این فنآآوری به جهت قطع وابستگی به واردات نفتی گشت.
در طول دهه 80 تلاش محققین بر تهیه مواد مورد نیاز، انتخاب سوخت مناسب و کاهش هزینه استوار بود. همچنین اولین محصول تجاری جهت تامین نیرو محرکه خودرو در سال1993 توسط شرکت بلارد ارائه شد.
کاربردهای پیل سوختی نیروگاهی
بازار مولدهای نیروگاهی پیلآسوختی بسیار گسترده است و کاربردهای دولتی، نظامی و صنعتی را شامل میآشود. همچنین به عنوان نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری در مخابرات، صنایع پزشکی، ادارات، بیمارستانآها، هتلآهای بزرگ و سیستمآهای کامپیوتری به کار میآرود.
پیلآهای سوختی نسبتاً آرام و بیآصدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسبند. علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاهآها میآتوان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
این نیروگاهآها در مصارف کوچک بازدهی الکتریکی بالایی دارند و همچنین در ترکیب با نیروگاهآهای گاز طبیعی بازدهی الکتریکی آنها به 70-80% میآرسد.
مزیت دیگر این نیروگاهآها عدم آلودگی محیط زیست است. خروجی نیروگاهآهای پیلآسوختی بخارآآب می باشد.
نیروگاهآهای پیل سوختی قابلیت استفاده از سوختآهای مختلف مانند متانول، اتانول، هیدروژن، گاز طبیعی، پروپان و بنزین را دارند و مانند سایر نیروگاهآها محدود به استفاده از یک منبع انرژی خاص نیست.
از زمانیکه اولین پیلآسوختی 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 سوختآهای جایگزین نظیر بیوگاز و گاز ذغال نیز پیشرفت قابل ملاحظهآای داشته است.
در این بخش نیروگاه انواع متنوع پیلآسوختی به کار رفته است. در ابتدا از پیلآسوختی اسید فسفریک آغاز گردید و سپس پیلآسوختی پلیمری و پیلآسوختی کربنات مذاب جایگزین آن گشتند. در حالیکه پیلآسوختی اکسید جامد در آینده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پیلآهای سوختی نیروگاهی کوچک (زیر 10 کیلووات) نیز رشد قابل ملاحظهآای 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 سیستمآهای نیروگاهی کوچک 20 درصد سهم بازار را پیلآسوختی اکسیدجامد و مابقی را پیلآسوختی پلیمری تشکیل میآآدهد. بازار پیلآسوختی کوچک در ژاپن که به مصارف خانگی اختصاص دارد، منحصراً با پیلآسوختی 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 پیلآهای 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 فنآآوری میآباشند.
