تطور في تصميم خلايا الوقود

ترجمة: شفيق بحلاق، الكيمياء العربي
يمكن لخلايا الوقود أن تحل محل بطاريات الهواتف المحمولة والهواتف الذكية والحواسيب. وفي هذا السياق يعمل الباحثون في في الكيمياء التطبيقية في جامعة الباسيك (Basque) على تطوير واكتشاف الحلول الممكنة لتحسين كفاءة الأجهزة المحمولة والسيارات على أن يكون ذلك ضمن الطاقة المتجددة والنظيفة، وبعبارة أخرى فإنهم يصممون طرق جديدة للحصول على طاقة نظيفة، آمنة وبأسعار مقبولة.
يعتمد مبدأ خلايا الوقود على تحويل الطاقة الناتجة عن دمج ذرة الأوكسجين مع الهيدروجين إلى طاقة كهربائية بالإضافة إلى بخارالماء الذي يعتبر الناتج الوحيد من هذه العملية وبهذا يتم توليد الطاقة كما تفعل البطاريات العادية لكن من دون أي نواتج ضارة بالبيئة.
لكن هذه الخلايا بحاجة إلى مصدر للهيدروجين وحتى الآن يعتبر تخزين الهيدروجين بطريقة آمنة أمراً صعباً. لذلك يمكن اللجوء إلى جهاز آخر يزود خلية الوقود بالهيدروجين بقدر حاجتها وفي هذه الحالات يمكن استخدام الميتانول (CH3OH) لهذه العملية فهو يعتبر المصدر اللأهم لانتاج الهيدروجين فيتم إضافة الميتانول إلى خلايا الوقود ويؤمن بدوره الهيدروجين اللازم بحسب حاجة الجهاز.
وقد تم تصميم قطعة خاصة هي عبارة عن مفاعل يضم قنوات دقيقة تحوي مفاعلات ميكروية أصغر بمئات المرات من المفاعلات التقليدية. وأوضح أويهان سانز Oihane Sanz الباحث في (UPV/EHU’s) في قسم الكيمياء التطبيقية بقوله “لقد تم اختيار المواد والآلات والأجهزة المستخدمة في تطوير هذا الجهاز بعناية فائقة وجهد كبير”
حيث وجد أنّ هذه المفاعلات التي تضم القنوات الميكروية تساهم في تحسين نقل الحرارة لتحويل الميتانول إلى هيدروجين مما يسهم في التحكم بدرجة الحرارة وبالتالي تخفيض انبعاث غاز أول أوكسيد الكربون (CO) لأدنى درجة ممكنة. وبشكل بديهي فإنّ انطلاق غاز أول أكسيد الكربون من خلايا الوقود أمر غير مرغوب به باعتباره ملوث خطير على البيئة بالإضافة إلى كونه يخفض من انتاجية خلايا الوقود وبالتالي التخفيض من انتاج الطاقة.
محفز مستقر:
وبالمثل فإنّ اختيار الحفاز يعتبر من الأمور الاساسية ليتم التفاعل بأكبر قدر من الكفاءة، وعلى الرغم من الصعوبات التي تواجه فريق البحث بإدراج الحفازات في هذه القنوات الميكروية إلى أنه وفي نهاية المطاف وقع الاختيار على عنصرالبالاديوم (Pd) الذي يكون على شكل (PdZnO) باعتباره الأكثر قدرة على الحفاظ على خصائصه لأطول فترة ممكنة.
وفي النهاية مع هذه البنية الميكروية المعقدة التشكيل والحفاز ذو الخواص الجيدة والعمر الطويل قام فريق الباحثين بتصميم جهاز قادر على انتاج 30 ليتر من غاز الهيدروجين في الساعة وذلك بتحويل 95% من الميثانول إلى هيدروجين مع تحرر أقل من 1% من أول أوكسيد الكربون.
معلومات إضافية:
تم إجراء البحث من قبل قسم الكيمياء في كلية (UPV/EHU) بقيادة البروفيسور ماريو مونتيس وذلك بالتعاون مع معهد جامعة إشبيلية لعلوم المواد والمجلس القومي للبحوث في الولايات المتحدة (CSIC) بقيادة البروفيسور خوسيه أنطونيو أودريوزولا.