هیدروژن، ساده‌ترین و در عین حال فراوان‌ترین عنصر در کیهان، فوق‌العاده همه کاره است و اخیراً در سلول های سوختی هیدروژن از طریق یک فرآیند الکتروشیمیایی که هیدروژن و اکسیژن را برای تولید آب و گاز ترکیب می کند. این سلول ها به طور بالقوه می توانند برخی از مهم ترین مشکلات مرتبط با انرژی را حل کنند. در حالی که بحث در مورد مزایا و معایب پیل‌های سوختی هیدروژنی ادامه دارد، بحثی نیست که هیدروژن یک جایگزین سازگار با محیط زیست برای سوخت‌های فسیلی است که می‌تواند انرژی با چگالی بالا برای بسیاری از کارخانه‌های صنعتی و روش‌های حمل و نقل فراهم کند.
در اینجا، نحوه عملکرد پیل‌های سوختی هیدروژنی برای تغییر آینده استفاده از انرژی و چگونگی بهره‌مندی کسب‌وکارها از این تکامل را بررسی خواهیم کرد.
فهرست مندرجات
بازار جهانی پیل های سوختی هیدروژنی
حقایقی پیرامون پیل های سوختی هیدروژنی
نتیجه
بازار جهانی پیل های سوختی هیدروژنی
بازار جهانی پیل های سوختی هیدروژنی ارزش داشت حدود 6.6 میلیارد دلار در سال 2021 برآورد شده استو شرکت‌های پیل‌سوختی به کار بر روی سبک‌تر کردن پیل‌های سوختی هیدروژنی، تولید کمتر و نیاز به قطعات کمتر ادامه دهند.
به این ترتیب، پیش‌بینی می‌شود که بازار تا سال 19.5 به 2027 میلیارد دلار برسد و بین سال‌های 21 تا 2022 CAGR 2027 درصدی را به ثبت برساند. تقاضا برای انرژی پاک در مناطق خاصی، به‌ویژه آسیا و اقیانوسیه، به رشد بازار پیل‌های سوختی هیدروژنی دامن می‌زند و ژاپن بر گسترش این بخش از این بخش تسلط دارد. کشورهای دیگری که رشد آینده آنها اجتناب ناپذیر به نظر می رسد عبارتند از چین، آلمان و کره.
حقایقی پیرامون پیل های سوختی هیدروژنی
در اینجا 10 واقعیت در مورد سلول های سوختی هیدروژن که آنها را از سایر سیستم های ذخیره سوخت متمایز می کند:
پیل های سوختی منبع انرژی پاک هستند
سلول های سوخت هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک با اثرات زیست محیطی کمی ایستاده است. هیچ احتراق در ذخیره سازی دخیل نیست و محصولات جانبی آن فقط گرما و آب است. علاوه بر این، برخلاف انرژی آبی یا سوخت زیستی، برای تولید هیدروژن نیازی به مناطق وسیع زمینی نیست.
ناسا حتی در تلاش است تا از هیدروژن به عنوان منبع استفاده کند و آب تولید شده به عنوان یک محصول جانبی به عنوان آب آشامیدنی برای فضانوردان استفاده شود. این واقعیت نشان می دهد که چگونه سلول های سوختی هیدروژن منبعی غیر سمی هستند و آنها را برتر از زغال سنگ، انرژی هسته ای یا گاز طبیعی می کند.
سلول های هیدروژنی آلودگی صوتی یا بصری کمی دارند
مانند سایر منابع انرژی، سلول های سوختی هیدروژن صدای بیش از حد ایجاد نکنید حتی خودروهای هیدروژنی نیز نسبت به خودروهایی که از موتورهای احتراق داخلی معمولی استفاده می کنند صدای کمتری تولید می کنند. موتورهای خودروهای سنتی شامل انفجار و قطعات مکانیکی متحرک هستند، در حالی که فرآیند الکتروشیمیایی در پیل‌های سوختی بی‌صدا است و کمترین صدای مکانیکی را تولید می‌کند. این یک دلیل است برآورد شده است حدود 20 درصد از وسایل نقلیه در سراسر جهان تا سال 2030 با پیل سوختی نیرو خواهند گرفت.
طراحی ساده پیل‌های سوختی نیاز به اجزای مکانیکی پیچیده را کاهش می‌دهد که می‌توانند به آلودگی بصری کمک کنند. طراحی ساده از سلول های هیدروژنی سازگاری بصری آنها را از طریق چندین برنامه افزایش می دهد.
سلول های سوختی همه کاره هستند
تطبیق پذیری سلول های سوختی هیدروژن همچنین عامل اصلی در پذیرش رو به رشد آنها است. کاربردهای آنها از تامین انرژی وسایل نقلیه و ساختمان ها تا ابزارهای الکترونیکی قابل حمل و ساختارهای قدرت جایگزین را شامل می شود.
پیل های سوختی هیدروژنی نیز برای صنایع دریایی و هوافضا در حال بررسی هستند. این تمایل به پیشرانه مبتنی بر هیدروژن با هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و ایجاد حداقل اثرات زیست محیطی انجام می شود.
سلول های هیدروژنی دارای زمان شارژ سریع هستند
آخرین طرح های پیل سوختی هیدروژنی زمان شارژ را به میزان قابل توجهی کاهش داده اند. این امر با استفاده از یک سیم پیچ نیمه استوانه ای به عنوان مبدل حرارتی داخلی به دست آمده است، که سلول سوختی هیدروژن جامد را سریعتر خنک می کند، که به نوبه خود به شارژ سریعتر آن کمک می کند.
از طریق این روش، زمان شارژ هیدروژن در مقایسه با استفاده از مبدل حرارتی کویل مارپیچ معمولی 59 درصد کاهش یافت.
سلول های سوختی مدت زمان استفاده طولانی را ارائه می دهند
طول عمر دقیق a سلول سوختی به استفاده از آن بستگی دارد زیرا باتری ها با توجه به کاربردشان با سرعت های متفاوتی تخلیه می شوند. به عنوان مثال، خودروهای پیل سوختی هیدروژنی می توانند به طور متوسط 312 و 380 مایل را قبل از سوخت گیری طی کنند. پشته های سوخت در سلول ها برای استفاده در طول عمر، حدود 150,000 تا 200,000 مایل طراحی شده اند. هنگامی که طول عمر به پایان می رسد، سلول های سوختی را می توان جدا کرد و قطعات را می توان بازیافت کرد.
این مدت بیشتر از چیزی است که وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) ارائه می دهند. دمای بیرون بر راندمان پیل سوختی تاثیری ندارد. در هوای سرد مانند زمانی که در خودروهای برقی استفاده می شود خراب نمی شود. این مزیت سلول های سوختی هیدروژنی وقتی با زمان شارژ سریع آنها ترکیب می شود، تقویت می شود.
سلول های هیدروژنی قدرتمندتر هستند
سلول های سوختی منبع انرژی با چگالی بالا با راندمان انرژی عالی هستند. به طور کلی، هیدروژن از نظر وزن دارای بالاترین محتوای انرژی در بین هر سوخت معمولی است. هیدروژن مایع و گازهای پرفشار دارای چگالی انرژی ثقلی سه برابر LNG و گازوئیل و انرژی حجمی مشابه گاز طبیعی هستند.
بهره وری سوخت امکان تولید انرژی بیشتر در هر پوند سوخت را فراهم می کند. به عنوان مثال، یک نیروگاه احتراقی سنتی در مقایسه با 33 درصد سایر پیل‌های سوختی، برق را با راندمان 35 تا 65 درصد تولید می‌کند. همین اتفاق در مورد وسایل نقلیه، جایی که سلول های سوختی هیدروژن 40 تا 60 درصد از انرژی را به کار می گیرد در حالی که 50 درصد کاهش مصرف سوخت را ارائه می دهد.
فناوری سلول هیدروژنی برای جوامع روستایی ایده آل است
نیروگاه های انرژی در بسیاری از کشورها دور از مراکز شهرها قرار دارند و شبکه های توزیع برای اطمینان از اینکه برق به طور پیوسته به مصرف کنندگان تحویل می شود مورد نیاز است. به همین ترتیب، راه حل های مشخصی برای تامین برق جوامع روستایی مورد نیاز است. محققان نشان داده اند که گسترش نیرو به چنین مناطقی از نظر اقتصادی و فنی غیرممکن است.
سادگی و اثربخشی سلول های سوختی آنها را به منبع انرژی مناسب برای مناطق روستایی تبدیل کند. عملکرد آنها مستقل از هر قسمت متحرک است و عمر طولانی دارد که می تواند تا 40,000 ساعت باشد. همچنین، اینها را می توان برای مطابقت با نیازهای مختلف توان روی هم قرار داد.
با بهره گیری از این واقعیت که پیل های سوختی به طور همزمان گرما و نیرو تولید می کنند، می توان از هر دو برای اهداف مختلف استفاده کرد. به عنوان مثال، گرما را می توان استخراج کرد و برای تجهیزات تهویه حرارتی و تهویه مطبوع (HVAC) استفاده کرد. به عنوان مثال، در آفریقای جنوبی، 13 درصد از انرژی برای گرمایش فضا و 32 درصد برای آب گرم مصرف می شود.
سلول های سوختی می توانند به عنوان نیروی پشتیبان کار کنند
سلول‌های سوختی هیدروژنی به یک فناوری امیدوارکننده برای استفاده در کاربردهای برق پشتیبان تبدیل شده‌اند. برق پشتیبان به استفاده از منابع برق ثانویه برای تامین برق در صورت قطع ناگهانی برق اشاره دارد. این برای زیرساخت هایی مانند مراکز داده، بیمارستان ها و شبکه های مخابراتی حیاتی است. سلول های قدرت هیدروژنی برق قابل اعتماد برای چنین زیرساخت هایی را با زمان بالا و نیازهای تعمیر و نگهداری کم فراهم می کند. بسیاری از سازمان‌ها در سرتاسر جهان در حال استقرار سلول‌های سوختی هستند تا از مزایای خود حداکثر استفاده را ببرند.
سلول های هیدروژنی قابل حمل هستند
برق قابل حمل برای افراد و سازمان‌هایی که در بسیاری از زمینه‌ها کار می‌کنند یک الزام است و وابستگی زیاد به ساختارهای بزرگ قدرت می‌تواند محدودیت‌هایی را از نظر جابه‌جایی ایجاد کند. خوشبختانه، سلول های سوختی به عنوان راه حلی برای این نیازها مطرح شده اند. سیستم های سوخت قابل حمل کمتر از 10 کیلوگرم وزن دارند و توان کمتر از 5 کیلو وات را ارائه می دهند.
کوچکتر سلول های سوختی میکرو می تواند برای تامین انرژی تلفن های همراه و لپ تاپ ها استفاده شود و در مقایسه با باتری های لیتیوم یون، مزایایی در کاهش وزن و چگالی انرژی دارد. از سوی دیگر، قدرت قابل حمل در مقیاس بزرگ برای کاربردهای جغرافیایی از راه دور مانند ایستگاه های هواشناسی نویدبخش است.
سلول های سوختی می توانند قدرت را دموکراتیک کنند
اتکای بیش از حد به سوخت های فسیلی برای تولید نیرو، سیستم های انرژی را خسته کرده و محیط زیست را آلوده می کند. سلول های سوختی اجازه تولید انرژی توزیع شده را می دهد که به جوامع و نهادهای کوچکتر کمک می کند تا برق بیشتری تولید کنند. علاوه بر این، کاهش وابستگی به شبکه‌های برق متمرکز می‌تواند به افراد و جوامع محلی کنترل بیشتری بدهد و به کاهش احتمال افزایش قیمت سوخت‌های فسیلی در مواقعی که ذخایر کاهش می‌یابد کمک می‌کند.
تولید برق غیرمتمرکز با سوخت‌های فسیلی انعطاف‌پذیری را در هنگام خرابی‌های شبکه یا بلایای طبیعی افزایش می‌دهد و تولید برق محلی به این معنی است که تأسیسات و خدمات حیاتی می‌توانند حتی زمانی که شبکه متمرکز مختل می‌شود به کار خود ادامه دهند.
نتیجه
تحقیقات در حال انجام بر شناسایی و توسعه فناوری پیل سوختی برای کاهش هزینه و افزایش طول عمر اجزای پشته پیل سوختی مانند کاتالیزورها، غشاها، صفحات دوقطبی و مجموعه‌های غشایی-الکترود تمرکز دارد. فرآیندهای تولید با حجم بالا و هزینه‌های پایین نیز ساختارهای پیل سوختی را با فناوری‌های معمولی رقابتی می‌کند.
این نوع سلول‌های سوختی بهبودیافته به طور فزاینده‌ای به تامین انرژی جوامع و صنایع نیازمند انرژی کمک می‌کنند. با پیشرفت فناوری، احتمالاً شاهد استفاده از آن در بخشهای بیشتری از جامعه خواهیم بود.
اگر به دنبال تهیه آخرین فناوری پیل سوختی هستید، هزاران گزینه از تامین کنندگان مورد اعتماد را در اینجا مرور کنید Cooig.com.
