تکنولوژی پیل سوختی – آینده¬ای با آلاینده¬های صفر
هدف از ارائه این مقاله ، ترسیم چشم¬اندازی برای آینده مصرف سوخت¬های پایه نفتی و جلوگیری از انتشار آلاینده¬های ناشی از آن است.
سیاست¬ها و راه¬حل¬های مختلفی در چارچوب برخی تبصره¬ها در کشور برای مدیریت مصرف سوخت و کاهش آلودگی ارائه می¬شود و شاید جای یک تفکر سیاستگذارانه در این مبحث خالی باشد.
این نوشتار می¬کوشد راه¬حل¬ها و برنامه¬های مدون ارائه شده ازسوی DOE (بخش انرژی) و NREL (آزمایشگاه ملی انرژی¬های تجدید شدنی National Renewable Energy Laboratory ) ایالات¬متحده را در این زمینه ارائه کند که با بومی¬سازی آن می¬توان تلاش¬های کشور را در این خصوص، سمت و سو داد.
روزی را تصور کنید که با خودرویتان از سر کار به خانه می¬روید و آن را به شبکه خانه متصل و برق لازم برای روشنایی خانه را فراهم می¬کنید و بعد در نیمه¬های شب، برق خانه و شبکه، قابلیت لازم برای تولید انرژی روز بعد را برای خودروی شما ایجاد می¬کنند.
از لحاظ فنی، چنین آینده¬ای قابل تصور است زیرا خودروی شما می¬تواند یک خودروی پیل سوختی باشد که از هیدروژن برای تولید برق استفاده می¬کند. اتومبیل شما می¬تواند به¬عنوان ژنراتور (مولد) توزیع¬کننده و خانه شما به¬عنوان تولیدکننده انرژی و ایستگاه سوخت¬گیری عمل کند. اگر هیدروژن و برق تولیدی از منابع و تکنولوژی¬های تجدیدپذیر به¬دست آید، میزان آلاینده¬های ناشی از مصرف انرژی برای منزل و خودروی شما می¬تواند صفر در نظر گرفته شود.
تلاش برای دستیابی به چنین آینده¬ای، برای بخش حمل و نقل امریکا حیاتی است زیرا حمل¬و¬نقل این کشور به¬طور کامل وابسته به نفت است و تقریبا 60درصد از واردات سواحل خارجی به این کشور را در¬بر¬می¬گیرد که به¬طور مستقیم به حجم عظیمی از آلاینده¬ها و گاز¬های گلخانه¬ای مبدل می¬شود.
نتیجه تحقیق در زمینه تکنولوژی پیشرفته باتری- سوخت که از هیدروژن برای ایجاد قدرت در خودرو ـ بدون تولید آلودگی ـ استفاده می¬کند، دستیابی به خودروهایی رقابتی با کارایی بالاتر، هزینه نگهداری پایین¬تر و آلودگی کمتر خواهد بود.
تحقیق و توسعه¬
اگر¬چه این برنامه، بسیار نو¬پاست اما اهداف دراز مدت آن کاملا مشخص است: خودکفایی بیشتر در بخش انرژی ، کاهش آلایندگی و ایجاد زیرساخت برای تامین هیدروژن.
دستیابی به این اهداف نیازمند رویکردی منظم است و بازیگران فراوانی را درگیر خواهد¬کرد: قطعه¬سازان، خودروسازان، صنایع انرژی، سازمان¬های دولتی و آزمایشگاه¬های ملی.
یکی از این دلایل آن است که NREL سال¬هاست از سوی DOE ( سازمان انرژی Dept. Of Energy) حمایت می¬شود.
NREL از دو طریق برای رسیدن به این اهداف تلاش می¬کند:
1- توسعه سیستم¬ها، مجموعه¬ها و خودروهای پیشرفته
2- انجام آزمایش¬ها و گسترش استفاده از سوخت¬های جایگزین
خط سیر استفاده از خودروهای پیشرفته
یکی از اشکالات عمده سیستم حمل و نقل فعلی این است که تاحد زیادی برپایه موتورهای احتراق داخلی استوار است که بسیار ناکارآمدند زیرا تنها کمتر از 18¬درصد از انرژی سوخت را به انرژی جنبشی مورد¬نیاز برای حرکت خودرو تبدیل می¬کنند.
جایگزین دیگر این سیستم، خودروی الکتریکی است که می¬تواند راندمانی بالاتر از 60 درصد داشته¬باشد و طی فرایند، آلاینده¬ای ایجاد نکند اما به هر حال با عمومی¬ترین انتخاب جایگزین یعنی خودروهای الکتریکی (باتری¬ها) تنها مدت کوتاهی می¬توان رانندگی کرد اما با ترکیب موتور¬های احتراق داخلی با نیروی محرکه الکتریکی می¬توان از بهترین¬های هر دو گستره بهره برد: خودروهای هیبرید الکتریکی با مدت زمان رانندگی بسیار خوب، افزایش راندمان قابل¬قبول به نسبت موتورهای احتراق داخلی و آلاینده¬هایی که به میزان قابل توجه کاهش یافته¬اند.
با این رویکرد شما در مسیری به¬سوی آینده حرکت می¬کنید؛ جایی¬که پیل سوختی سرانجام جای موتور در خودروهای هیبرید الکتریکی را می¬گیرد.
در راه رسیدن به این آینده، NREL بر رویکرد سیستمی تمرکز می¬کند که در آن اجزا و زیر مجموعه¬ها برای تعیین نحوه کارکردی منتج به بهترین عملکرد ، تحلیل می¬شوند. به¬این منظور برنامه¬ای کامپیوتری برای مدلینگ طراحی شده است که بهینه¬سازی طراحی اجزا و سیستم¬های HEV (خودروهای هیبرید الکتریکی) را بسیار سریع¬تر انجام می¬دهد.
یکی از زیر مجموعه¬های مورد تحلیل، باتری و راندمان گرمایی آن است. باتری¬های مختلف گرایش به ارائه بهترین کارکرد در محدوده دمایی ویژه خود را دارا هستند، لذا با کنترل تغییرات دمایی می¬توان بر عمر و راند¬مان خودرو تاثیر گذاشت¬.
از دیگر مجموعه¬های مهم می¬توان آنهایی را نام برد که در راحتی سرنشینان تاثیر می¬گذارند، نظیر گرمایش، تهویه، خنک¬کاری و تمیز نگه¬داشتن هوا که این بخش¬ها می¬توانند انرژی زیادی مصرف کنند. NREL بر بهینه¬سازی این مجموعه¬ها به¬نحوی که بیشترین آسایش را برای سرنشینان با کمترین مصرف سوخت و آلودگی فراهم آورد، تاکید می¬کند.
این رویکرد سیستمی می¬تواند سالانه از مصرف میلیون¬ها لیتر سوخت جلوگیری کند و درنتیجه از وابستگی به واردات سوخت بکاهد و همچنین باعث کاهش آلودگی شود.
خط سیر سوخت
گر¬چه رویکرد هیدروژنی یکی از برجسته¬ترین نقش¬ها را در رسیدن به سوختی ایده¬آل داراست اما انتخاب¬های بسیاری ممکن است وجود داشته باشد تا طبیعت را از مصرف منابع نفتی و افزایش آلودگی برهاند که استفاده از سوخت¬های جایگزین یکی آنهاست .
از جمله سوخت¬های جایگزین می¬توان از گاز طبیعی فشرده (CNG)،گاز طبیعی مایع شده (LNG)، اتانول و متانول نام برد که می¬توان در وسایل نقلیه از آنها استفاده کرد.
بهترین گام در درک چگونگی قطع آلودگی و کاهش مصرف سوخت با استفاده از سوخت¬های جایگزین، مشخص¬کردن مبنایی برای مقایسه¬ درک خواص سوخت¬ها و نتایج استفاده از آن است.
NREL چنین مبنایی را براساس برنامه سنجش که برای DOE مدیریت می¬کرد، بنا نهاد. در این برنامه خودروها، کامیون¬ها، ون¬ها، اتوبوس¬ها و قایق¬های گوناگونی که سوخت¬های جایگزین مصرف می¬کردند مورد¬آزمایش قرار گرفتند. این برنامه منتهی به ایجاد یک بانک اطلاعاتی از سوخت¬های جایگزین به نام"مرکز اطلاعات سوخت¬های جایگزین" می¬شود. ثبت خواص و مختصات¬ عملکردی آنها در این بانک اطلاعات، محققان، خودروسازان و متولیان سوخت را در تحقیقات و تصمیم¬گیری¬ها کمک می¬کند.
قدم بعدی، گسترش استفاده از سوخت¬های جایگزین مشتق از منابع تجدید شدنی است.NREL این برنامه را با رویکرد بیو¬سوخت¬ها (سوخت¬های با پایه موجودات زنده) گسترش می¬دهد. این سوخت¬ها در بیشتر موارد با بنزین مخلوط می¬شوند. این استراتژی نه تنها به سوخت¬های جایگزین تنوع بیشتری می¬دهد بلکه به کاهش آلودگی نیز کمک می¬کند.
روش بعدی، تولید هیدروژن از منابع تجدید شدنی است که هم به¬عنوان سوخت و هم به¬عنوان حامل انرژی استفاده می¬شود.
انتخاب دیگر برای کاهش میزان آلاینده¬ها، گسترش سوخت دیزل پاک برای خودروهای سنگین است. تقریبا 20 درصد از سوخت¬های مورداستفاده در بزرگراه¬های امریکا سوخت دیزلی است و وسایل نقلیه سنگین سالانه هزاران تن اکسیدهای نیتروژن و سایر آلاینده¬ها را وارد هوا می¬کنند.
NREL به واسطه همکاری با صنایع، در توسعه تکنولوژی¬ها و راهبردهای کاهش¬دهنده آلاینده¬های دیزلی، کمک می¬کند.
رویکرد دیگری که ازسوی NREL و شرکای آن ارائه می¬شود، گسترش استفاده از سوخت¬های پاک متعارف دیزلی همراه با فیلترهای کاتالیزوری است. رویکرد بعدی، استفاده از سوخت¬های پاک مصنوعی حاصل از گاز طبیعی یا گازهای مصنوعی به¬ویژه هیدروژن و منوکسیدکربن است. با این روش که در آن به موتور تغییر¬یافته دیزلی برای سوزاندن این سوخت مصنوعی نیاز است، تولید منوکسیدکربن تقریبا قطع می¬¬شود و ذرات آلاینده و اکسیدهای نیتروژن نیز تا 97 درصد کاهش می¬یابد.
سوخت¬های طراح
یک استراتژی دیگر، طراحی سوخت¬های دیزلی در سطح مولکولی است. با این روش می¬توان خواص ویژه سوخت نظیر عدد ستان (مقیاسی برای سهولت اشتعال)، دمای خود¬اشتعالی و میزان احتراق را طراحی کرد. هر کدام از این خواص توسط ساختار مولکولی سوخت کنترل و در نهایت برای دستیابی به راندمان بالا و کاهش آلایندگی، بهینه می¬شوند.
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.
انواع پیلهای سوختی
پیلهای سوختی در انواع زیر موجود میباشند:
پیلهای سوختی اسیدفسفریکی
پیلهای سوختی پلیمری
پیلهای سوختی اکسید جامد
پیلهای سوختی قلیایی
پیلهای سوختی متانولی
مزایای پیل سوختی چیست؟
راندمان بالا، حداقل نشر آلایندههای زیست محیطی،امکان استفاده از سوختهای فسیلی و پاک، مدولار بودن و قابلیت تولید همزمان حرارت و الکتریسیته و استفاده در کاربردهای تولید غیرمتمرکز انرژی از جمله مزایای پیل سوختی میباشند.
روشهای تولید پیل سوختی
جدیدترین راه تولید پیل سوختی
لوى تامپسون، پرفسور مهندسى شیمى و رئیس تیم تحقیقاتى پیل سوختى جدید در این مورد چنین مى گوید: «ما به سامانه اى رسیده ایم که بسیار مشابه سامانه هایى است که براى تولید ابزارهاى میکرو الکترونیک مورد استفاده قرار مى گیرد.»
روشى که پرفسور تامپسون و تیم همکار او به آن رسیده اند، استفاده از میکروفابریکیشن است. میکروفابریکیشن خلق ساختارهاى فیزیکی، ابزار و مواد مرکبى است که اجزاى تشکل دهنده آنها در حدود یک میکرومتر هستند. میکروالکترونیک ها منبع انرژى کالاهاى بسیار زیادى هستند از کارت تبریک صوتى گرفته تا کامپیوترهاى قابل حمل.
تامپسون یکى از بزرگترین موانع استفاده تجارى و گسترده از پیل هاى سوختى را هزینه بالاى ساخت آن مى داند. براى اینکه از این منبع در مصارف روزمره استفاده کرد، باید هزینه تولید آن پایین تر بیاید تا مثلا در یک کامپیوتر قابل حمل مورد استفاده قرار گیرد.
در شیوه معمول کنونی، پیل هاى سوختی، مشابه خودروها تولید مى شوند یعنى قطعات مختلف آنها به صورت جداگانه ساخته مى شوند و سپس روى هم سوار مى شوند تا یک پیل سوختى تولید شود. این کار گستره بسیار زیادى دارد و علاوه بر هزینه بالاى آن، که به آن اشاره شد نیاز به زمان بسیار زیادى دارد. اما گروه تحقیقاتى تامپسون با استفاده از فرآیند پیشرفته میکروفابریکیشن، نسل جدید پیل هاى سوختى را مى سازد. این بار به جاى تولید جداگانه پیل سوختی، آنها به صورت لایه لایه ساخته مى شوند، روشى که در حال حاضر براى ساخت ابزارهاى میکروالکترونیک مورد استفاده قرار مى گیرد.
محققان دانشگاه میشیگان امیدوارند با استفاده از این فن آورى ارزان قیمت و همچنین استفاده از مواد ارزانتر، قیمت پیل هاى سوختى را از ۱۰ هزار دلار براى هر کیلو وات به ۱۰۰۰ دلار برسانند.
با این قیمت، پیل هاى سوختى مى توانند با باترى هاى یون لتییوم که در سطح وسیع مورد استفاده قرار مى گیرند رقابت کنند.
دانشگاه میشیگان استفاده از میکروفابریکیشن براى تولید پیل سوختى را دو سال و نیم پیش آغاز کرد. اولین بازار آنها وسایل برقى است، ولى آنها در گام بعدى مى خواهند از پیل هاى سوختى در اتومبیل ها استفاده کنند.
سوخت تازه برای پیل های سوختی
با استفاده از اسیدفرمیک به عنوان سوخت غیرقابل اشتعال در پیل های سوختی محصولات الکترونیکی قابل حمل بدون اتصال به شبکه برق کار می کنند. شرکت های BASE و Tekion توسعه دهنده پیل های سوختی مینیاتوری برای محصولات قابل حمل به منظور توسعه اسیدفرمیک به عنوان سوخت برای فناوری پیل سوختی Tekion تفاهم نامه ای امضا کردند.BASE بزرگترین تولید کننده اسیدفرمیک در دنیا محسوب می شود و قصد دارد با همکاری Tekion، فرمولاسیون مناسبی را برای اسیدفرمیک تهیه و آزمایش کند. این دو شرکت همچنین در زمینه توسعه کدها و استانداردهای مرتبط با این موضوع نیز فعالیت خواهند داشت و تجربه هایشان را در زمینه سازگاری این مواد برای پیل های سوختی به اشتراک می گذارند. بر اساس این گزارش، اولین کاربرد تجاری محصولات Tekion، یک نمونه «بسته انرژی» است که درون دستگاه های الکترونیکی قابل حمل جای گرفته یا به آنها متصل می شود تا این دستگاه ها بتوانند بدون اتصال به شبکه برق کار کنند. این بسته یک سیستم هیبریدی باتری پیل سوختی مینیاتوری است که با نام تجاری بسته انرژی Formira در بازار موجود است و سوخت گیری آن با تعویض کارتریج اسیدفرمیک صورت می گیرد. این فناوری برای استفاده در محصولات الکترونیکی قابل حمل در محدوده توانی کمتر از ۵۰ وات با انرژی کمتر از ۱۰۰ وات ساعت طراحی شده و از مزایای قابل توجهی برخوردار است.
ساخت پیل سوختی با نیروی باکتری
تیمی متشکیل از میکروبیولوژیستآها، مهندسین و متخصصان شیمی زمین از دانشگاهآهای کالیفرنیای جنوبی و رایس به منظور ساخت پیلآهای سوختی ( به اندازه یک کف دست) با نیروی محرکه باکتری برای تامین انرژی هواپیماهای جاسوسی همکاری مشترک خود را آغاز کردند. نیروی هوایی آمریکا از مدتها قبل در پی تولید وسایل نقلیه هوایی در مقیاس مینیاتوری (به اندازه حشرات) بود، اما تاکنون این خواسته به دلیل نداشتن منبع انرژی فشرده مناسب ناکام مانده است.
این گروه تحقیقاتی امیدوار است با سرمایهآگذاری 4/4 میلیون دلاری مرکز تحقیقات دانشگاهی در وزارت دفاع (MURI) بتواند با تولید نخستین نمونه بدون سرنشین، طی پنج سال آینده این اندیشه را محقق سازد. بر اساس این گزارش، در دانشگاه رایس به منظور درک چگونگی اتصال و اثر متقابل باکتری Sewanella بر سطوح آند در پیل سوختی، تحقیقاتی در حال انجام است.
آند در پیل سوختی و باتریآها، وظیفه جمعآآوری الکترون اضافی را بر عهده دارد و این تیم قصد دارد شرایط بهینه انتقال الکترونآها در سطح آند در شرایط مختلف را تعیین کند.
اجزای اصلی این سیستم باکتری، سطح و محلول هضم کننده باکتری است که تغییر هر یک از این عوامل روی دو عامل دیگر موثر بوده و هدف، یافتن شرایط بهینه عملکرد سیستم کلی است.
دانشگاه کالیفرنیای جنوبی در زمینه روشآهای ژنتیکی، حفظ متابولیسم تنفسی میکروبآها در محیطآهای با اکسیژن کم، تحقیقاتی انجام داده است. Sewanella یکی از این باکتریآها برای متابولیسم کامل غذا به جای اکسیژن از فلز استفاده میآکند و از آنجا که این ارگانیسم قادر است مستقیما الکترونآها را به اکسید فلزی جامد انتقال دهد، می توان آن را در آند پیل سوختی مورد استفاده قرار داد.
در مطالعه پیل سوختی به منظور ارزیابی رفتار باکتری در شرایط مختلف از مدلآهای رایانهآای استفاده شده است که انجام این آزمایشآها توسط رایانه، موجب تمرکز آزمایشآهای تجربی روی روشآهای مناسبآتر و صرفهآجویی در زمان و هزینه خواهد شد.
یکی دیگر از انگیزه های وسوه برانگیز بکارگیری پیل سوختی
شرکت جنرال موتورز قصد دارد با برنامه ای بلند مدت، سوخت هیدروژن را به صورت همه گیر در خودروها مورد استفاده قرار دهد.
در حال حاضر شش میلیارد و 400 میلیون انسان بر روی کره زمین زندگی میآکنند و این آمار تا سال 2020 به هفت میلیارد و 500 میلیون نفر خواهد رسید. در همین حال پیشآبینی میآشود، در مدت زمان فوق شمار افرادی که صاحب خودرو میآشوند 12 تا 15 درصد رشد داشته باشد و این بدان معنی است که تعداد خودروها که در حال حاضر در حدود 775 میلیون دستگاه برآورد شده است، تا سال 2020 به بیش از یک میلیارد و 100 میلیون دستگاه خواهد رسید. بنابراین کاهش مصرف سوخت و آلایندهآهای محیط زیست اهمیت بسیار زیادی پیدا میآکند که در این میان شرکت خودروسازی جنرال موتورز آمریکا با معرفی تکنولوژی پیل سوختی هیدروژنی توانسته است امید به جابجایی بدون آلودگی رادر آینده افزایش دهد.
لذا توسعه خودروهای پیل سوختی به سرعت در جهان در حال رشد است، به طوری که در حال حاضر شرکتآهای خودروسازی جنرال موتورز و اوپل بیش از یک میلیارد دلار صرف تحقیقات در این تکنولوژی کردهآاند.
"هیدروژن 3 اوپل" ثابت کرده است که رانندگی با خودروهای متفاوت، مسیر خود را از آزمایشگاه به جاده هموار کرده است و نمونه اولیه آن در حال حاضر با همکاری شرکت سازنده مبلمان ایکیا (IKEA) در حال گذراندن آزمایشهای متفاوت است و سکوئل (Seqel) جنرال موتورز به تولید خودروهای با پیل سوختی نزدیکآتر شده است.
"هیدروژن 3 اوپل"؛ دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالی
"هیدروژن 3 اوپل" جانشین نمونه اولیه هیدروژنی است که در بهار سال 2000 معرفی شد و از روی طرح خودرو زافیرا اوپل ساخته شده بود.
نیروی برق این خودرو توسط 200 قطعه پیل سوختی که به صورت سری به یکدیگر متصل شدهآاند، تولید میآشود. این پیلآها نیروی موتور برقی 82 اسب بخار بر 60 کیلووات هیدروژن 3 را تامین میآکند. این نیروگاه که حداکثر 215NM گشتاور توسعه میآدهد، حداکثر سرعتی برابر با 160 کیلومتر بر ساعت تولید میآکند و در کمتر از 16 ثانیه از صفر تا 100 کیلومتر در ساعت شتاب میآگیرد که در حالتی کاملا بیآصداست.
در مسابقات ماراتن تابستان سال 2004، هیدروژن 3 اوپل توانست بدون هیچ مشکلی 9 هزار و 696 کیلومتر را در 14 کشور مختلف اروپایی طی کند. در آوریل سال 2005 نیز این خودرو توانست جایزه مسابقات رالی مونت کارلو را برای وسایل نقلیه دارای پیل سوختی از آن خود کند.
شرکت خودروسازی اوپل اکنون در حال گسترش تکنولوژی آزمایشهای پیل سوختی با همکاری شرکت سوئدی ایکیا میآباشد. وسایل نقلیه پیل سوختی هیدروژن 3 که عاری از آلایندهآهای زیست محیطی میآباشد از اوایل تابستان سال گذشته تحویل کالاها به مشتریان ایکیا را در برلین آغاز کرده است. سوخت این وسایل نقلیه با هیدروژن مایع تامین میآشود.
آزمایشهای این خودروها تحت نظارت پروژه همکاری انرژی پاک دولت آلمان انجام میآشود که عملکرد انرژی 17 خودرو با سوخت هیدروژنی را تحت شرایط خاص آزمایش میآکند.
بزرگترین جایگاه سوخت گاز هیدروژنی جهان در پاییز سال 2004 در پایتخت آلمان آغاز به کار کرد و قرار است علاوه بر گاز هیدروژن و هیدروژن مایع، بنزین و گازوئیل نیز به مردم ارایه کند.
