ما هو مبدأ عمل مركبة خلية الوقود الهيدروجينية؟

خلية الوقود هي نوع من أجهزة توليد الطاقة، تُحوّل الطاقة الكيميائية في الوقود إلى طاقة كهربائية من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال مع الأكسجين أو مؤكسدات أخرى. الوقود الأكثر شيوعًا هو الهيدروجين، والذي يُفهم على أنه التفاعل العكسي لتحليل الماء كهربائيًا إلى هيدروجين وأكسجين.

بخلاف الصواريخ، لا تُنتج خلية وقود الهيدروجين طاقة حركية من خلال التفاعل العنيف للهيدروجين والأكسجين، بل تُطلق طاقة جيبس ​​الحرة في الهيدروجين من خلال جهاز تحفيزي. يقوم مبدأ عملها على تحلل الهيدروجين إلى إلكترونات وأيونات هيدروجين (بروتونات) بواسطة محفز (عادةً ما يكون البلاتين) في القطب الموجب لخلية الوقود. تصل البروتونات إلى القطب السالب عبر غشاء تبادل البروتونات، وتتفاعل مع الأكسجين لتكوين الماء والحرارة. تتدفق الإلكترونات المقابلة من القطب الموجب إلى القطب السالب عبر الدائرة الخارجية لتوليد الطاقة الكهربائية. لا يوجد اختناق في الكفاءة الحرارية لمحرك الوقود، حيث تبلغ حوالي 40%، ويمكن أن تتجاوز كفاءة خلية وقود الهيدروجين بسهولة 60%.

منذ بضع سنوات، عُرفت طاقة الهيدروجين بأنها "الخيار الأمثل" لمركبات الطاقة الجديدة، لما تتمتع به من مزايا انعدام التلوث، والطاقة المتجددة، والهدرجة السريعة، ونطاق القيادة الكامل، وغيرها. ومع ذلك، فإن النظرية التقنية لخلايا وقود الهيدروجين مثالية، إلا أن التقدم الصناعي متأخر بشكل كبير. ومن أكبر تحديات الترويج لها ضبط التكاليف، وهو ما لا يقتصر على تكلفة المركبة نفسها، بل يشمل أيضًا تكلفة إنتاج الهيدروجين وتخزينه.

يعتمد تطوير مركبات خلايا وقود الهيدروجين على بناء بنية تحتية متكاملة، مثل إنتاج الهيدروجين وتخزينه ونقله وهدرجة الهيدروجين. بخلاف الترام العادي، الذي يمكن شحنه ببطء في المنزل أو في الشركة، لا يمكن شحن مركبات الهيدروجين إلا في محطة الهدرجة، لذا فإن الطلب على محطات الشحن أكثر إلحاحًا. بدون شبكة هدرجة متكاملة، يستحيل تطوير صناعة مركبات الهيدروجين.