بحث استفاده از انرژی‌های نوین بدون تردید ذهن بسیاری از مسئولان و البته فعالان بازار را به خود جلب کرده است چون علی‌رغم کاهش قیمت سوخت در سطح بین المللی اهمیت حفاظت از محیط زیست موضوع برای رعایت برخی استانداردها شده است اما این مهم تنها دلیل علاقه مسئولان و خریداران انرژی به این نوع امکانات نیست چون گاهی اوقات نه امکان استفاده از انرژی‌های سوختی وجود دارد و نه می‌توان به همیشگی بودن آنها دل بست از این رو مهمتری نکته استفاده از انرژی‌های نوین و جایگزین با انواع و اقسام روش‌های مختلف است.
یکی از روش‌های دستیابی به انرژی‌های پاک و تجدید پذیر استفاده از پیل سوختی یا مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است این روش گرچه در سال 1839 میلادی برای اولین بار شناخته شده بود اما تقریبا تا سال 1940 میلادی واقعا کاربردی نبود و نمی‌توانستند از آن به نحوی شایسته استفاده کنند و در این دوره بود که با شناسایی کاستی‌ها دانشمندان روند روبه رشد آن را برنامه ریزی کرده و در نهایت کاربردهای متفاوتی را از ابتدایی ترین کارها تا حتی استفاده در فضاپیماها برایش درنظر گرفتند به این صورت که این روند بدون هرگونه آلایندگی می‌تواند انرژی الکتریسیته تولید کند. اما دیدن نام پیل ممکن است در ذهن برخی مخاطبان ایجاد این شبهه را کرده باشد که این روش به دست آوردن الکتریسیته در واقع همان استفاده از باتری‌های خودمانی است درحالی که در این روش یک انرژی به صورت مستقیم به نوع دیگری از انرژی تبدیل می‌شود تا بتوانیم با حداکثر بازدهی که در حدود 60 تا 65 درصد تعیین شده است از آن استفاده کنیم. این درحالی است که این پیل در دمای بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند و توان الکتریکی معادل ۱۰۰ مگاوات دارد.
این امتیاز یعنی بازدهی بالا عاملی شده تا استفاده از این پیل‌ها به عنوان یکی از اقتصاد‌ترین روش‌های دستیابی به انرژی برق برای مصارف مختلفی درنظر گرفته شود.
بطور کلی پیل سوختی از سه بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از الکترود آند، الکترود کاتد و الکترولیت (غشاء). هیدروژن که به عنوان یکی از سوخت‌های اصلی در این نوع تولید انرژی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. به صورتی که این گاز وارد بخش آند شده و اکسیده می‌شود و طی این فرآیند یون‌های مثبت و الکترون تولید شده و با استفاده از امتیاز حضور الکترولیت به بخش آندی پیل منتقل می‌شود اما فراموش نکنیم که الکترون‌های مورد نیاز ما با استفاده از یک مدار خارجی برای مصرف هدایت شده و در این بین اکسیژن موجود در کاتد در واکنش با یون‌های هیدروژن باعث تولید آب شده که این فرآیند گرما نیز به همراه دارد .
انواع پیل‌ها
بطور کلی این نوع منابع تولید انرژی متناسب با نوع الکترولیتی که در آن بکار گرفته شده است به 5 گروه مختلف طبقه‌بندی شده اند اما به تازگی با توجه به توسعه فناوری این پنج گروه خود به دو گروه حرارت بالا و حرارت پایین نیز تقسیم بندی شده است.
1. پیل‌های سوختی قلیایی
2. پیل‌های سوختی کربنات مذاب
3. پیل‌های سوختی اسید فسفریک
4. پیل‌های سوختی اکسیدجامد
5. پیل‌های سختی پلیمری
در جدول زیر می‌توانید میزان دمای ایجاد شده در هر یک از طبقه‌بندی‌ها را کاملا دریابید
|
نوع پیل سوختی |
نام اختصاری |
الکترولیت |
دمای کارکرد (C°) |
|
پیل سوختی پلیمری |
PEM |
نفیون (نوعی پلیمر( |
80-100 |
|
100 -80 پیل سوختی قلیایی |
AFC |
پتاس |
80-100 |
|
پیل سوختی اسید فسفریک |
PAFC |
اسید فسفریک |
200-220 |
|
پیل سوختی کربنات مذاب |
MCFC |
نمک کربنات مذاب |
650 |
|
پیل سوختی اکسیدجامد |
SOFC |
YSZ نوعی سرامیک |
1000 |
مزایا و معایب
بدون تردید هر سیستم یا دستگاه تولید انرژی درجهان گرچه دارای مزایای بسیار مناسبی در حفاظت از محیط زیست ماست اما بدون عیب هم نیست از این بد نیست کمی هم درباره مزایا و معایب این نوع منبع انرژی پاک در جهان بدانیم تا شاید برای استفاده بهتر از آن برنامه ریزی دقیق صورت گیرد.
مزایای این نوع منبع انرژی پاک را اینگونه می‌توان برشمرد
· سازگاری کامل با محیط زیست به این دلیل که خروجی این دستگاه آب یا همان مایع حیات است.
· نبود آلودگی صوتی برای تولید انرژی چون بیشتر تولید کنندگان انرژی دارای صدایی غیر قابل تحمل بوده درحالی که این روش بدون صداست
· بازدهی بسیار بالا نسبت به روش‌های معمول تولید انرژی با استفاده از سوخت‌های فسیلی
اما نیمه خالی لیوان یا همان معایب پیل‌های سوختی را می‌توان در ناشناخته بودن آنها و البته گران بودن برخی هزینه‌ها به دلیل نبود تولید انبوه در سراسر جهان دید.
با این اطلاعات شاید از خودتان بپرسید این مزایا و معایب به هر حال در کدام صنایع قابل استفاده هستند و یا مصرف این پیل‌ها در کجاست؟ پاسخ این سئوال ممکن است کمی برای شمایی که به حفظ محیط زیست اهمیت می‌دهید جالب باشد چون کاربردهای بسیاری برای این نوع انرژی درنظر گرفته شده است که عبارتند از:
1. حمل ونقل (خودروهای سواری و وسایط نقلیه عمومی): امروزه همه تولید‌کنندگان عمده خودرو بر روی تولید تجاری خودروهای پیل سوختی سرمایه‌گذاری کرده‌اند. پیل‌های سوختی می‌توانند به عنوان مولد انرژی در اتوبوس‌ها، قایق‌ها، هواپیماها و حتی دوچرخه‌ها نیز استفاده شوند
2. نیروگاه‌ها (نیروگاه‌های متمرکز و غیرمتمرکز اعم از خانگی، تجاری، صنعتی): پیل‌های سوختی نسبتاً آرام و بی‌صدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسب‌اند. علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاه‌ها می‌توان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
3. وسایل الکترونیکی قابل حمل (تلفن‌های همراه، رایانه‌های شخصی و ...): باتری‌ها برای بسیاری از وسایل قابل حمل مانند کامپیوترهای کیفی و تلفن‌های همراه نامناسب‌اند. باتری‌ها پرهزینه، سنگین و مزاحم هستند و اغلبدر بدترین مواقع به شارژ نیاز دارند. پیشرفت‌های اخیر در فن‌آوری پیل سوختی ممکن است به حل این مشکل بینجامد. چند گروه پژوهشی در حال ابداع «ریزپیلهای سوختی» هستند که به تلفن‌های همراه امکان می‌دهد در حالت آماده برای هفته‌ها کار کنند.
4. صنایع نظامی: پیل‌های سوختی که در دمای پایین کار می‌کنند در تانک‌ها، زره‌پوش و خودروهای نظامی استفاده می‌شوند. چون در این دسته از پیل‌های سوختی هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد پس کم صدا بوده و از آنجایی که درجه حرارت پایین نیز کار می‌کنند ردیابی این خودروها نسبت به خودروهای با موتور درون‌سوز مشکل‌تر خواهد بود. پیل‌های سوختی پلیمری که در دمای پایین کار می کند، بیشتر در خودرو و وسایل قابل حمل کاربرد دارد. پیل سوختی اکسیدجامد که در دماهای بالاتر به کار می افتد، در نیروگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد