ما هو مبدأ عمل مركبة خلايا وقود الهيدروجين؟

خلية الوقود هي نوع من أجهزة توليد الطاقة، حيث تحول الطاقة الكيميائية الموجودة في الوقود إلى طاقة كهربائية عن طريق تفاعل الأكسدة والاختزال للأكسجين أو غيره من المؤكسدات. ويُعدّ الهيدروجين أكثر أنواع الوقود شيوعاً، ويمكن فهم ذلك على أنه التفاعل العكسي لتحليل الماء كهربائياً لإنتاج الهيدروجين والأكسجين.

على عكس الصواريخ، لا تُنتج خلية وقود الهيدروجين طاقة حركية من خلال التفاعل العنيف لاحتراق الهيدروجين والأكسجين، بل تُطلق طاقة جيبس ​​الحرة في الهيدروجين عبر جهاز تحفيزي. ويعتمد مبدأ عملها على تحلل الهيدروجين إلى إلكترونات وأيونات هيدروجين (بروتونات) بواسطة عامل حفاز (عادةً 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 تعاني خلية وقود الهيدروجين من مشكلة انخفاض الكفاءة الحرارية التي تبلغ حوالي 40% في محركات الوقود التقليدية، ويمكن أن تصل كفاءتها بسهولة إلى أكثر من 60%.

منذ بضع سنوات، عُرفت طاقة الهيدروجين بأنها "الشكل الأمثل" لمركبات الطاقة الجديدة، وذلك بفضل مزاياها العديدة، مثل انعدام التلوث، والطاقة المتجددة، وسرعة الهدرجة، والمدى الكامل، وغيرها. ومع ذلك، فرغم أن النظرية التقنية لخلايا وقود الهيدروجين متقنة، إلا أن التقدم الصناعي في هذا المجال لا يزال متأخراً بشكل ملحوظ. ويُعدّ التحكم في التكاليف أحد أكبر التحديات التي تواجه انتشارها، إذ لا يقتصر ذلك على تكلفة المركبة نفسها، بل يشمل أيضاً تكلفة إنتاج الهيدروجين وتخزينه.

يعتمد تطوير مركبات خلايا وقود الهيدروجين على بناء بنية تحتية متكاملة لوقود الهيدروجين، تشمل إنتاج الهيدروجين وتخزينه ونقله ومعالجته. وعلى عكس الترام التقليدي الذي يمكن شحنه ببطء في المنزل أو الشركة، لا يمكن شحن مركبات الهيدروجين إلا في محطات المعالجة، مما يجعل الحاجة إلى هذه المحطات ملحة للغاية. وبدون شبكة متكاملة للمعالجة، يستحيل تطوير صناعة مركبات الهيدروجين.