up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله پيل سوختي PDF
QR code - پيل سوختي

پيل سوختي

تکنولوژي پيل سوختي – آينده­اي با آلاينده­هاي صفر

هدف از ارائه اين مقاله، ترسيم چشم­اندازي براي آينده مصرف سوخت­هاي پايه نفتي و جلوگيري از انتشار آلاينده­هاي ناشي از آن است.
سياست­ها و راه­حل­هاي مختلفي در چارچوب برخي تبصره­ها در کشور براي مديريت مصرف سوخت و کاهش آلودگي ارائه مي­شود و شايد جاي يک تفکر سياستگذارانه در اين مبحث خالي باشد.
اين نوشتار مي­کوشد راه­حل­ها و برنامه­هاي مدون ارائه شده ازسوي DOE (بخش انرژي) و NREL (آزمايشگاه ملي انرژي­هاي تجديد شدني National Renewable Energy Laboratory ) ايالات­متحده را در اين زمينه ارائه کند که با بومي­سازي آن مي­توان تلاش­هاي کشور را در اين خصوص، سمت و سو داد.
روزي را تصور کنيد که با خودرويتان از سر کار به خانه مي­رويد و آن را به شبکه خانه متصل و برق لازم براي روشنايي خانه را فراهم مي­کنيد و بعد در نيمه­هاي شب، برق خانه و شبکه، قابليت لازم براي توليد انرژي روز بعد را براي خودروي شما ايجاد مي­کنند.
از لحاظ فني، چنين آينده­اي قابل تصور است زيرا خودروي شما مي­تواند يک خودروي پيل سوختي باشد که از هيدروژن براي توليد برق استفاده مي­کند. اتومبيل شما مي­تواند به­عنوان ژنراتور (مولد) توزيع­کننده و خانه شما به­عنوان توليدکننده انرژي و ايستگاه سوخت­گيري عمل کند. اگر هيدروژن و برق توليدي از منابع و تکنولوژي­هاي تجديدپذير به­دست آيد، ميزان آلاينده­هاي ناشي از مصرف انرژي براي منزل و خودروي شما مي­تواند صفر در نظر گرفته شود.
تلاش براي دستيابي به چنين آينده­اي، براي بخش حمل و نقل امريکا حياتي است زيرا حمل­و­نقل اين کشور به­طور کامل وابسته به نفت است و تقريبا ۶۰درصد از واردات سواحل خارجي به اين کشور را در­بر­مي­گيرد که به­طور مستقيم به حجم عظيمي از آلاينده­ها و گاز­هاي گلخانه­اي مبدل مي­شود.
نتيجه تحقيق در زمينه تکنولوژي پيشرفته باتري- سوخت که از هيدروژن براي ايجاد قدرت در خودرو بدون توليد آلودگي استفاده مي­کند، دستيابي به خودروهايي رقابتي با کارايي بالاتر، هزينه نگهداري پايين­تر و آلودگي کمتر خواهد بود.
● تحقيق و توسعه­
اگر­چه اين برنامه، بسيار نو­پاست اما اهداف دراز مدت آن کاملا مشخص است: خودکفايي بيشتر در بخش انرژي ، کاهش آلايندگي و ايجاد زيرساخت براي تامين هيدروژن.
دستيابي به اين اهداف نيازمند رويکردي منظم است و بازيگران فراواني را درگير خواهد­کرد: قطعه­سازان، خودروسازان، صنايع انرژي، سازمان­هاي دولتي و آزمايشگاه­هاي ملي.
يکي از اين دلايل آن است که NREL سال­هاست از سوي DOE ( سازمان انرژي ­ Dept. Of Energy) حمايت مي­شود.
NREL از دو طريق براي رسيدن به اين اهداف تلاش مي­کند:
۱) توسعه سيستم­ها، مجموعه­ها و خودروهاي پيشرفته
۲) انجام آزمايش­ها و گسترش استفاده از سوخت­هاي جايگزين
● خط سير استفاده از خودروهاي پيشرفته
يکي از اشکالات عمده سيستم حمل و نقل فعلي اين است که تاحد زيادي برپايه موتورهاي احتراق داخلي استوار است که بسيار ناکارآمدند زيرا تنها کمتر از ۱۸­درصد از انرژي سوخت را به انرژي جنبشي مورد­نياز براي حرکت خودرو تبديل مي­کنند.
جايگزين ديگر اين سيستم، خودروي الکتريکي است که مي­تواند راندماني بالاتر از ۶۰ درصد داشته­باشد و طي فرايند، آلاينده­اي ايجاد نکند اما به هر حال با عمومي­ترين انتخاب جايگزين يعني خودروهاي الکتريکي (باتري­ها) تنها مدت کوتاهي مي­توان رانندگي کرد اما با ترکيب موتور­هاي احتراق داخلي با نيروي محرکه الکتريکي مي­توان از بهترين­هاي هر دو گستره بهره برد: خودروهاي هيبريد الکتريکي با مدت زمان رانندگي بسيار خوب، افزايش راندمان قابل­قبول به نسبت موتورهاي احتراق داخلي و آلاينده­هايي که به ميزان قابل توجه کاهش يافته­اند.
با اين رويکرد شما در مسيري به­سوي آينده حرکت مي­کنيد؛ جايي­که پيل سوختي سرانجام جاي موتور در خودروهاي هيبريد الکتريکي را مي­گيرد.
در راه رسيدن به اين آينده، NREL بر رويکرد سيستمي تمرکز مي­کند که در آن اجزا و زير مجموعه­ها براي تعيين نحوه کارکردي منتج به بهترين عملکرد ، تحليل مي­شوند. به­اين منظور برنامه­اي کامپيوتري براي مدلينگ طراحي شده است که بهينه­سازي طراحي اجزا و سيستم­هاي HEV (خودروهاي هيبريد الکتريکي) را بسيار سريع­تر انجام مي­دهد.
يکي از زير مجموعه­هاي مورد تحليل، باتري و راندمان گرمايي آن است. باتري­هاي مختلف گرايش به ارائه بهترين کارکرد در محدوده دمايي ويژه خود را دارا هستند، لذا با کنترل تغييرات دمايي مي­توان بر عمر و راند­مان خودرو تاثير گذاشت­.
از ديگر مجموعه­هاي مهم مي­توان آنهايي را نام برد که در راحتي سرنشينان تاثير مي­گذارند، نظير گرمايش، تهويه، خنک­کاري و تميز نگه­داشتن هوا که اين بخش­ها مي­توانند انرژي زيادي مصرف کنند. NREL بر بهينه­سازي اين مجموعه­ها به­نحوي که بيشترين آسايش را براي سرنشينان با کمترين مصرف سوخت و آلودگي فراهم آورد، تاکيد مي­کند.
اين رويکرد سيستمي مي­تواند سالانه از مصرف ميليون­ها ليتر سوخت جلوگيري کند و درنتيجه از وابستگي به واردات سوخت بکاهد و همچنين باعث کاهش آلودگي شود.
● خط سير سوخت
گر­چه رويکرد هيدروژني يکي از برجسته­ترين نقش­ها را در رسيدن به سوختي ايده­آل داراست اما انتخاب­هاي بسياري ممکن است وجود داشته باشد تا طبيعت را از مصرف منابع نفتي و افزايش آلودگي برهاند که استفاده از سوخت­هاي جايگزين يکي آنهاست .
از جمله سوخت­هاي جايگزين مي­توان از گاز طبيعي فشرده (CNG)،گاز طبيعي مايع شده (LNG)، اتانول و متانول نام برد که مي­توان در وسايل نقليه از آنها استفاده کرد.
بهترين گام در درک چگونگي قطع آلودگي و کاهش مصرف سوخت با استفاده از سوخت­هاي جايگزين، مشخص­کردن مبنايي براي مقايسه­ درک خواص سوخت­ها و نتايج استفاده از آن است.
NREL چنين مبنايي را براساس برنامه سنجش که براي DOE مديريت مي­کرد، بنا نهاد. در اين برنامه خودروها، کاميون­ها، ون­ها، اتوبوس­ها و قايق­هاي گوناگوني که سوخت­هاي جايگزين مصرف مي­کردند مورد­آزمايش قرار گرفتند. اين برنامه منتهي به ايجاد يک بانک اطلاعاتي از سوخت­هاي جايگزين به نام مرکز اطلاعات سوخت­هاي جايگزين مي­شود. ثبت خواص و مختصات­ عملکردي آنها در اين بانک اطلاعات، محققان، خودروسازان و متوليان سوخت را در تحقيقات و تصميم­گيري­ها کمک مي­کند.
قدم بعدي، گسترش استفاده از سوخت­هاي جايگزين مشتق از منابع تجديد شدني است.NREL اين برنامه را با رويکرد بيو­سوخت­ها (سوخت­هاي با پايه موجودات زنده) گسترش مي­دهد. اين سوخت­ها در بيشتر موارد با بنزين مخلوط مي­شوند. اين استراتژي نه تنها به سوخت­هاي جايگزين تنوع بيشتري مي­دهد بلکه به کاهش آلودگي نيز کمک مي­کند.
روش بعدي، توليد هيدروژن از منابع تجديد شدني است که هم به­عنوان سوخت و هم به­عنوان حامل انرژي استفاده مي­شود.
انتخاب ديگر براي کاهش ميزان آلاينده­ها، گسترش سوخت ديزل پاک براي خودروهاي سنگين است. تقريبا ۲۰ درصد از سوخت­هاي مورداستفاده در بزرگراه­هاي امريکا سوخت ديزلي است و وسايل نقليه سنگين سالانه هزاران تن اکسيدهاي نيتروژن و ساير آلاينده­ها را وارد هوا مي­کنند.
NREL به واسطه همکاري با صنايع، در توسعه تکنولوژي­ها و راهبردهاي کاهش­دهنده آلاينده­هاي ديزلي، کمک مي­کند.
رويکرد ديگري که ازسوي NREL و شرکاي آن ارائه مي­شود، گسترش استفاده از سوخت­هاي پاک متعارف ديزلي همراه با فيلترهاي کاتاليزوري است. رويکرد بعدي، استفاده از سوخت­هاي پاک مصنوعي حاصل از گاز طبيعي يا گازهاي مصنوعي به­ويژه هيدروژن و منوکسيدکربن است. با اين روش که در آن به موتور تغيير­يافته ديزلي براي سوزاندن اين سوخت مصنوعي نياز است، توليد منوکسيدکربن تقريبا قطع مي­­شود و ذرات آلاينده و اکسيدهاي نيتروژن نيز تا ۹۷ درصد کاهش مي­يابد.
● سوخت­هاي طراح
يک استراتژي ديگر، طراحي سوخت­هاي ديزلي در سطح مولکولي است. با اين روش مي­توان خواص ويژه سوخت نظير عدد ستان (مقياسي براي سهولت اشتعال)، دماي خود­اشتعالي و ميزان احتراق را طراحي کرد. هر کدام از اين خواص توسط ساختار مولکولي سوخت کنترل و در نهايت براي دستيابي به راندمان بالا و کاهش آلايندگي، بهينه مي­شوند.

پيل سوختي ، پيل الکتروشيميايي اوليه است که در آن ، الکتريسته مستقيما بر اثر واکنش سوخت گازي يا سوخت مايع توليد مي شود که اين سوخت با يکي از الکترودها ...

تاريخچه پيل سوختي اگر چه پيل‌سوختي به تازگي به عنوان يكي از راهكارهاي توليد انرژي الكتريكي مطرح شده است ولي تاريخچه آن به قرن نوزدهم و كار دانشمند انگ ...

پيلهاي خورشيدي زميني که معمولاً از سيلسيوم تک بلوري تهيه مي شوند. پيلهاي معمولي از نوع n روي p از قرصهاي گردسيليسيومي به ضخامت ۳ ۰ ميليمتر تهيه مي شون ...

اگر چه پيل سوختي به تازگي به عنوان يکي از راهکارهاي توليد انرژي الکتريکي مطرح شده است ولي تاريخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگليسي سرويليام گرو ...

کم ر ويي، يک پديده پيچيده رواني اجتماعي است. کم ر ويي، يک صفت يا ويژگي ارثي يا ژنتيکي نيست، بلکه اساساً در نتيجه روابط نادرست بين فردي و سازش نايافتگي ...

امروزه با توجه به آلودگي هاي ناشي از خودروها و محدوديت هاي سوخت فسيلي، کارخانه هاي خودروسازي گام مهمي در مقابله با اين امر برداشته اند که از جمله آنها ...

● عملياتي که در توليد و تصفيه نفت بر روي نفت خام انجام مي گيرند، عبارتند از: روش هاي گوناگون تقطير ، روش هاي فيزيکي و شيميايي تصفيه و تفکيک و روش هاي ...

پيل سوختي، بهترين پيشنهاد براي جايگزيني بنزين است. اين سيستم ها فاقد هرگونه آلودگي و اجزاي متحرک هستند. بازده پيل هاي سوختي افزون بر ۳ برابر موتورهاي ...

دانلود نسخه PDF - پيل سوختي