خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول مقابل الهيدروجين: مقارنة بين قدرات الطاقة التكتيكية

مقدمة

A خلية وقود الميثانول هو نظام طاقة يعمل بخلايا الوقود ويستخدم الميثانول كوقود أساسي. واعتمادًا على تصميم النظام، يمكن تحويل الميثانول إما مباشرةً إلى كهرباء من خلال خلية وقود الميثانول المباشرة (DMFC) أو يتم تحويلها أولاً إلى هيدروجين ثم يتم استخدامها بواسطة خلية الوقود PEM في نظام خلايا الوقود المُعدَّلة التي تعمل بالميثانول (RMFC).

تُعد خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول خيارًا مهمًا لتوفير الطاقة المحمولة والتكتيكية، لا سيما في الأماكن التي تتوفر فيها بالفعل البنية التحتية اللازمة لتوريد الوقود السائل. أما خلايا الوقود الهيدروجينية فتقدم مسارًا مختلفًا، مع مزايا في الكفاءة الكهربائية وكثافة الطاقة وتخزين الهيدروجين تحت ضغط منخفض عند استخدام تكنولوجيا هيدريد المعادن في الحالة الصلبة.

بالنسبة للتطبيقات التكتيكية والتطبيقات خارج الشبكة، يعتمد الاختيار بين خلية الوقود التي تعمل بالميثانول وخلية الوقود التي تعمل بالهيدروجين على كثافة الطاقة، ولوجستيات الوقود، والانبعاثات الصوتية والحرارية، ودرجة حرارة التشغيل، ووقت إعادة التزود بالوقود، والموثوقية، ومدة المهمة. وللحصول على نظرة عامة أوسع نطاقًا على هياكل خلايا الوقود التكتيكية التي تعمل بالهيدروجين وتطبيقات الطاقة الميدانية، يرجى الاطلاع على حلول تكتيكية لخلايا الوقود الهيدروجينية.

تقارن هذه المقالة خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول، بما في ذلك خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول المباشر (DMFCs)، مع أنظمة خلايا الوقود الهيدروجينية ذات الحالة الصلبة في جميع المعايير الرئيسية ذات الأهمية بالنسبة للطاقة التكتيكية والطاقة خارج الشبكة.

ما هي خلية الوقود التي تعمل بالميثانول؟

A خلية وقود الميثانول تولد الكهرباء باستخدام الميثانول كوقود أساسي.

خلية الوقود التي تعمل بالميثانول هي نظام خلايا وقود يستخدم الميثانول كناقل للطاقة لتوليد الكهرباء. ويُناقش عادةً نوعان رئيسيان من التصاميم: خلايا وقود الميثانول المباشرة (DMFCs)، التي تستخدم الميثانول كيميائيًا كهربائيًّا عند القطب الموجب، وخلايا وقود الميثانول المُعاد تشكيله (RMFCs)، التي تحول الميثانول إلى مادة مُعاد تشكيلها غنية بالهيدروجين قبل تغذيتها إلى خلية وقود PEM.

تعمل خلايا الوقود DMFC على تبسيط مسار الوقود من خلال استخدام الميثانول مباشرةً في المكدس الكهروكيميائي. أما أنظمة RMFC فتضيف مرحلة إعادة تشكيل ومرحلة معالجة الغاز، لكنها قادرة على الجمع بين لوجستيات الوقود السائل وخصائص التحويل الكهربائي الأعلى التي تتميز بها خلايا الوقود PEM التي تعمل بالهيدروجين.

للاطلاع على شرح مفصل لعملية إعادة تشكيل الميثانول وبنية نظام RMFC، يرجى الاطلاع على دليلنا: خلية الوقود الميثانولية المُحسَّنة (RMFC): كيف تعمل.

DMFC مقابل RMFC: ما الفرق بينهما؟

خلية الوقود المباشرة التي تعمل بالميثانول (DMFC)

تقوم خلية الوقود ذات الميثانول السائل (DMFC) بتزويد الأنود في حزمة خلايا الوقود بالميثانول السائل مباشرةً.

وتتمثل الميزة الرئيسية في بساطة التصميم: فلا حاجة إلى أسطوانة هيدروجين خارجية منفصلة أو نظام تخزين هيدروجين مدمج في المركبة.

ومع ذلك، تواجه أنظمة الميثانول المباشرة عدة تحديات تقنية.

يمكن أن يحدث انتقال الميثانول عندما يمر الميثانول عبر الغشاء من القطب الموجب باتجاه القطب السالب. وقد يؤدي ذلك إلى انخفاض كفاءة استهلاك الوقود ويساهم في انخفاض الأداء.

ومن بين الاعتبارات الأخرى ما يلي:

• كفاءة كهربائية أقل مقارنة بالعديد من أنظمة خلايا الوقود الكهربائية ذات الأغشية التبادلية (PEMFC) التي تعمل بالهيدروجين
• تداخل الميثانول
• متطلبات إدارة المياه
• أداء المُحفز والغشاء
• تدهور الأداء أثناء التشغيل لفترات طويلة

لا تزال تقنية خلايا الوقود السائل (DMFC) تمثل خيارًا جذابًا في الحالات التي يكون فيها توفر الوقود السائل وسهولة تخزينه من الأمور المهمة.

خلية وقود الميثانول المُحسَّنة (RMFC)

أما RMFC فتتبع نهجًا مختلفًا.

بدلاً من ضخ الميثانول مباشرةً إلى المكدس الكهروكيميائي، يقوم النظام أولاً بتحويل الميثانول إلى هيدروجين من خلال عملية إعادة تشكيل مدمجة.

ثم يتم تزويد مكدس خلايا الوقود PEM بالغاز الغني بالهيدروجين لتوليد الكهرباء.

يمكن أن توفر هذه البنية العديد من المزايا:

• كفاءة كهربائية أعلى مقارنة بالبنى النموذجية لخلايا الوقود التي تعمل بالديمنيوم (DMFC)
• انخفاض التداخل المباشر للميثانول
• استخدام أفضل للوقود
• تخزين ونقل الوقود السائل
• تحويل خلايا الوقود الهيدروجينية من نوع PEM
• التشغيل المستقل لفترات طويلة

وبالتالي، بالنسبة للتطبيقات البعيدة والخارجة عن شبكة الكهرباء، يمكن أن توفر تقنية RMFC حلاً وسطًا عمليًّا بين اللوجستيات المتعلقة بالميثانول وكفاءة خلايا الوقود الهيدروجينية.

خلية الوقود التي تعمل بالميثانول مقابل خلية الوقود الهيدروجينية ذات الحالة الصلبة

لا ينبغي مقارنة خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول والهيدروجين بناءً على نوع الوقود وحده.

النظام بأكمله هو ما يهم.

ويشمل ذلك تخزين الوقود، وتحويل الوقود، وكفاءة خلايا الوقود، ومكونات نظام المرافق المساعدة، وإدارة الحرارة، والنقل، والصيانة، ومدة المهمة.

1. كثافة الطاقة

تعد كثافة الطاقة أحد أهم المعايير في مجال الطاقة المحمولة والتكتيكية.

كل كيلوغرام إضافي يتم حمله إلى الميدان يؤثر على القدرة على الحركة والقدرة على التحمل والجوانب اللوجستية.

تجمع أنظمة الهيدروجين ذات الحالة الصلبة بين تخزين الهيدروجين في هيدريدات المعادن وتحويله بواسطة خلايا الوقود ذات الغشاء البوليمر (PEM). واعتمادًا على المادة وتكوين النظام وظروف التشغيل، يمكن لهذه البنية أن توفر كثافة طاقة عالية على مستوى النظام.

على سبيل المثال، تم تصميم بنية HYDRA-M الخاصة بشركة SOLIDHYDRO استنادًا إلى أكثر من 1,200 واط/كجم وفقًا لتكوين النظام المحدد لها.

يحتوي الميثانول على طاقة كيميائية كبيرة، لكن كمية الطاقة الكهربائية القابلة للاستخدام تعتمد بشكل كبير على بنية عملية التحويل.

تتميز أنظمة DMFC عمومًا بكفاءة تحويل كهربائية أقل مقارنة بأنظمة PEMFC التي تعمل بالهيدروجين.

يمكن لأنظمة RMFC تحسين هذا الأمر عن طريق تحويل الميثانول إلى هيدروجين قبل توليد الطاقة.

الآثار التكتيكية:
فيما يتعلق بالمهام طويلة الأمد، يمكن أن يكون لكثافة الطاقة على مستوى النظام وكفاءة استهلاك الوقود تأثير كبير على الوزن الإجمالي للمهمة.

للاطلاع على مناقشة أكثر تفصيلاً حول هياكل بطاريات الوقود التكتيكية، انظر بطارية الوقود التكتيكية دليل.

2. لوجستيات الوقود

يمكن أن تحدد لوجستيات الوقود ما إذا كان نظام الطاقة قابلاً للتطبيق خارج البيئات الخاضعة للرقابة.

يتمتع الميثانول بميزة مهمة: فهو وقود سائل تتوفر له بنية تحتية راسخة للإنتاج والتوزيع والتخزين.

وهذا قد يجعل الميثانول خيارًا جذابًا لعمليات النشر في المناطق النائية حيث تتوفر بالفعل إمكانية إعادة التزويد بالوقود السائل.

ومع ذلك، فإن الميثانول مادة سامة وقابلة للاشتعال، لذا فإن نقله وتخزينه والتعامل معه يتطلب اتباع إجراءات السلامة المناسبة.

أما الهيدروجين في الحالة الصلبة فيتبع نهجًا مختلفًا.

بدلاً من نقل أسطوانات الهيدروجين التقليدية عالية الضغط، يتم تخزين الهيدروجين داخل مادة هيدريد معدنية.

ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل الاعتماد على تخزين الغاز عالي الضغط وتبسيط عملية التعامل مع الهيدروجين في موقع الاستخدام.

الآثار التكتيكية:
يستفيد الميثانول من البنية التحتية اللوجستية الراسخة الخاصة بالوقود السائل، في حين أن الهيدروجين الصلب يمكن أن يبسط عملية تخزين الهيدروجين والتعامل معه في نقاط الاستخدام.

3. الكفاءة الكهربائية

تحدد الكفاءة الكهربائية كمية الكهرباء الصالحة للاستخدام التي يمكن إنتاجها من الوقود المتاح.

توفر خلايا الوقود الهيدروجينية التي تعمل بتقنية PEM عمومًا كفاءة كهربائية أعلى مقارنة بخلايا الوقود التي تعمل بالميثانول المباشر.

يجب أن تقوم أنظمة DMFC بمعالجة الميثانول كيميائيًا كهربائيًّا بشكل مباشر، مما يؤدي إلى خسائر إضافية مثل انتقال الميثانول.

تتبع أنظمة RMFC نهجًا مختلفًا يتمثل في تحويل الميثانول إلى هيدروجين قبل وصوله إلى مجموعة خلايا الوقود.

يستهدف نظام HYDRA-R من SOLIDHYDRO حاليًا كفاءة النظام تزيد عن 35%, ، مقارنةً بما يقارب 20–25% لأنظمة الميثانول المباشرة النموذجية, ، رهناً بالإعدادات وظروف التشغيل.

الآثار التكتيكية:
بالنسبة للمهام التي تستغرق ساعات أو أيام عديدة، يمكن أن تؤدي الكفاءة الكهربائية الأعلى إلى خفض استهلاك الوقود واحتياجات إعادة التزويد.

4. البصمة الصوتية

قد يكون انخفاض مستوى الضوضاء عاملاً حاسماً في عمليات المراقبة والاتصالات والرصد وغيرها من العمليات الحساسة.

على عكس مولدات الطاقة التي تعمل بالاحتراق، تولد خلايا الوقود الكهرباء بطريقة كهروكيميائية بدلاً من عملية الاحتراق الداخلي.

ويمكن أن يؤدي ذلك إلى انخفاض كبير في مستوى الصوت الصادر.

ومع ذلك، فإن البصمة الصوتية النهائية تعتمد على النظام بأكمله، بما في ذلك:

• المضخات
• المشجعون
• الضواغط
• أنظمة التبريد
• الصمامات
• مكونات مرافق المحطة

يتم تحديد أنظمة HYDRA-M وHYDRA-R من شركة SOLIDHYDRO عند حوالي ≤45 ديسيبل في ظل التكوينات وظروف التشغيل المذكورة.

الآثار التكتيكية:
يمكن أن توفر كل من هياكل خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين وتلك التي تعمل بالميثانول ميزة صوتية كبيرة مقارنة بمولدات الديزل التقليدية.

5. البصمة الحرارية

لا تعتمد خلايا الوقود على الاحتراق لتوليد الكهرباء، لكن هذا لا يعني أنها لا تنتج أي حرارة على الإطلاق.

يجب على كل نظام خلايا وقود التخلص من الحرارة المهدرة.

يعتمد الأداء الحراري الفعلي على:

• الحمل الكهربائي
• كفاءة خلايا الوقود
• بنية التبريد
• درجة الحرارة المحيطة
• العزل
• التخلص من الحرارة
• غلاف النظام

يمكن لكل من أنظمة خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين (PEMFC) وأنظمة خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول أن تعمل في درجات حرارة أقل بكثير من تلك التي تعمل بها مولدات الاحتراق التقليدية.

ومع ذلك، يجب تقييم النظام بأكمله عندما تكون قابلية الرصد الحراري عاملاً مهمًا.

الآثار التكتيكية:
يمكن لتقنية خلايا الوقود أن تقلل من الناتج الحراري مقارنةً بمولدات الاحتراق، ولكن لا ينبغي وصف أي نظام طاقة كامل بأنه «غير مرئي حرارياً».

6. تخزين الوقود وضغط التشغيل

غالبًا ما يُربط الهيدروجين بأسطوانات الضغط العالي.

ومع ذلك، فهذه ليست الطريقة الوحيدة لتخزين الهيدروجين.

تقوم تقنية هيدريد المعادن في الحالة الصلبة بتخزين الهيدروجين داخل مادة صلبة، ويمكنها العمل تحت ضغط أقل بكثير مقارنةً بطرق تخزين الهيدروجين المضغوط التقليدية. تقنية SOLIDHYDRO سلسلة HYDRA-M تطبق هذه البنية القائمة على هيدريدات المعادن في الحالة الصلبة على تطبيقات الطاقة المحمولة والتكتيكية.

تم تصميم HYDRA-M استنادًا إلى تخزين الهيدروجين عند ضغط قريب من ضغط الغلاف الجوي.

يُخزن الميثانول بشكل طبيعي في صورة سائلة عند الضغط الجوي.

وبالتالي، فإن هاتين التقنيتين يمكنهما تجنب الحاجة إلى أسطوانات الهيدروجين التقليدية عالية الضغط، لكنهما تعالجان مشكلة التخزين بطرق مختلفة.

الآثار التكتيكية:

• الميثانول → وقود سائل عند الضغط الجوي
• الهيدروجين في الحالة الصلبة → الهيدروجين المخزّن كيميائيًّا في هيدريد معدني
• الهيدروجين المضغوط → تخزين الغاز تحت الضغط العالي

يعتمد الاختيار الصحيح على المهمة بأكملها ونظام اللوجستيات.

7. وقت التشغيل والتشغيل لفترات طويلة

فيما يتعلق بالمهام الطويلة الأمد، فإن الطاقة المولدة في البداية ليست سوى جزء من المعادلة.

تزداد أهمية استهلاك الوقود وكفاءة الطاقة الكهربائية مع زيادة مدة التشغيل.

يمكن لخلايا الوقود الهيدروجينية التي تعمل بتقنية PEM أن توفر كفاءة كهربائية عالية، مما يجعلها خيارًا جذابًا للتشغيل لفترات طويلة.

تواجه أنظمة DMFC تحديات كهروكيميائية إضافية، مثل انتقال الميثانول وإدارة المياه.

يمكن لأنظمة RMFC تحسين كفاءة استخدام الوقود من خلال تحويل الميثانول إلى هيدروجين قبل وصوله إلى مجموعة خلايا الوقود PEM.

وهذا يجعل نادي RMFC ذا أهمية خاصة بالنسبة إلى طاقة مستقلة طويلة الأمد.

الآثار التكتيكية:
في المهام التي تستغرق عدة أيام، ينبغي على المهندسين تقييم إجمالي استهلاك الوقود وكفاءة النظام، بدلاً من الاكتفاء بمقارنة المحتوى الطاقي لأنواع الوقود المختلفة.

8. وزن النظام

يُعد وزن النظام أمرًا بالغ الأهمية، لا سيما في التطبيقات المحمولة والتكتيكية.

في المهام قصيرة المدة، قد يكون لوزن وحدة الطاقة نفسها دور حاسم.

في المهام الطويلة، يزداد أهمية وزن الوقود بشكل متزايد.

يمكن لنظام خلايا الوقود الذي يتمتع بكفاءة كهربائية أعلى أن يستهلك كمية أقل من الوقود لتوليد نفس الكمية من الكهرباء القابلة للاستخدام.

بالنسبة لأنظمة الهيدروجين ذات الحالة الصلبة، يعتمد الوزن الإجمالي للمهمة على:

• مستوى طاقة خلية الوقود
• مادة هيدريد معدني
• تصميم الخرطوشة
• كمية الوقود
• دورة العمل
• مدة المهمة
• مكونات مرافق المحطة

لذلك، ينبغي أن تستخدم المقارنة الصحيحة ما يلي: الوزن الإجمالي للنظام بالإضافة إلى الوقود اللازم لخطة المهمة الفعلية.

الآثار التكتيكية:
النظام الأقل وزنًا عند انعدام الوقود ليس بالضرورة هو النظام الأقل وزنًا بعد 24 أو 48 أو 72 ساعة من التشغيل.

9. دمج الطائرات بدون طيار وأنظمة الطاقة عن بُعد

يمكن لخلايا الوقود أن تدعم عمليات الطائرات بدون طيار دون الحاجة بالضرورة إلى حملها مباشرة على متن الطائرة.

يمكن لنظام خلايا الوقود الأرضي توفير طاقة كهربائية مستمرة لشحن البطاريات في مواقع التشغيل النائية.

وهذا يتيح تحسين أداء بطارية الطائرة بدون طيار لتناسب الطيران، بينما يتولى نظام الطاقة الأرضي توفير إمدادات الطاقة لفترات أطول.

يمكن لكل من خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين والميثانول أن تدعم هذه البنية.

يعتمد الاختيار على:

• مدة الرحلة
• عدد الطلعات الجوية
• متطلبات إعادة شحن البطارية
• توافر الوقود
• متطلبات النقل
• إمكانية التنقل داخل الموقع
• وتيرة إعادة التزويد

الآثار التكتيكية:
فيما يتعلق بعمليات الطائرات بدون طيار، ينبغي تقييم أفضل تصميم لخلايا الوقود على مدار دورة الطيران وإعادة الشحن بأكملها، وليس بناءً على مدة الطيران وحدها.

10. التشغيل في ظروف درجات الحرارة القصوى

يمكن أن تؤثر درجات الحرارة القصوى بشكل كبير على أنظمة الطاقة المحمولة.

قد تنطوي البيئات الباردة على تحديات تشمل ما يلي:

• شركة ناشئة
• إدارة المياه
• أداء الغشاء
• توصيل الوقود
• إدارة الحرارة
• أداء البطارية

صُممت أنظمة HYDRA-M لتعمل في ظروف درجات حرارة قاسية، بما في ذلك ما يقارب -40 درجة مئوية في ظل الظروف المحددة.

يُحدد استخدام HYDRA-R لحوالي من -40 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية, ، رهناً بشروط النظام.

بالنسبة لخلايا الوقود التي تعمل بالميثانول، فإن درجة تجمد الميثانول بحد ذاتها ليست سوى أحد العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار. فلا يزال يتعين على نظام خلايا الوقود بأكمله التعامل مع الماء والأغشية وظروف بدء التشغيل.

الآثار التكتيكية:
ينبغي دائمًا تقييم الأداء في الطقس البارد على مستوى النظام بأكمله.

خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول مقابل الهيدروجين في الحالة الصلبة: جدول المقارنة

كيفية اختيار خلية الوقود المناسبة لمهمة تكتيكية

لا توجد بنية واحدة لخلايا الوقود تُعدّ الأمثل لكل مهمة.

يعتمد الاختيار الصحيح على مدة المهمة، وتوافر الوقود، ومتطلبات النقل، ومستوى الطاقة، والظروف البيئية.

اختر الهيدروجين الصلب في الحالات التالية:

• تعد كثافة الطاقة العالية على مستوى النظام أمراً مهماً
• يلزم أن تكون مدة المهمة طويلة
• من المهم أن يكون مستوى الصوت منخفضًا
• يُفضل استبدال الخرطوشة بسرعة
• يُعد تخزين الهيدروجين في ظروف قريبة من الضغط الجوي أمرًا مرغوبًا فيه
• يلزم التشغيل في الطقس البارد
• تعد الكفاءة الكهربائية العالية أولوية
• يلزم شحن الطائرات بدون طيار على الأرض أو تزويدها بالطاقة عن بُعد
• يجب تقليل انبعاثات الكربون عند نقطة الاستخدام إلى أدنى حد ممكن

اختر خلية وقود الميثانول في الحالات التالية:

• لقد تم بالفعل تأسيس منظومة لوجستية للوقود السائل
• الميثانول متوفر بسهولة
• يُفضل تخزين السوائل في ظروف الضغط الجوي
• يلزم تشغيل الجهاز لفترة طويلة
• تستند البنية التحتية لنقل الوقود إلى الوقود السائل
• تولي البعثة الأولوية لتوافر الوقود والمرونة اللوجستية

اختر RMFC في الحالات التالية:

• يُفضل استخدام خدمات لوجستية خاصة بالميثانول
• من المستحسن أن تكون الكفاءة الكهربائية أعلى من تلك الموجودة في أنظمة خلايا الوقود المباشرة (DMFC) النموذجية
• يُعد التشغيل المستقل لفترات طويلة أمرًا مهمًا
• يُفضل استخدام بنية خلايا الوقود من نوع PEM
• تتطلب البنية التحتية عن بُعد تشغيلًا ممتدًا دون الحاجة إلى مراقبة

HYDRA-R: خلية وقود الميثانول المُحسَّنة لتوليد الطاقة لفترات طويلة

بالنسبة للتطبيقات التي تُعد فيها لوجستيات الميثانول خيارًا جذابًا، ولكنها تتطلب كفاءة أعلى لخلايا الوقود،, خلية وقود الميثانول المُحسَّنة (RMFC) توفر التكنولوجيا خيارًا آخر.

شركة SOLIDHYDRO HYDRA-R تستخدم عملية متكاملة لإعادة تشكيل الميثانول لتوليد الهيدروجين حسب الحاجة قبل تزويد حزمة خلايا الوقود ذات الغشاء التبادل الأيوني (PEM) بالهيدروجين.

صُممت هذه البنية لتطبيقات الطاقة طويلة الأمد خارج الشبكة وفي المناطق النائية، بما في ذلك البنية التحتية للاتصالات، وأنظمة الأمن، والتطبيقات الصناعية، وبعض سيناريوهات تزويد الطاقة للطائرات بدون طيار.

تتضمن منصة HYDRA-R حاليًا إصدارًا بقدرة 60 واط، مع إصدارات إضافية قيد التطوير. وتشمل المواصفات المنشورة كفاءة مستهدفة للنظام تزيد عن 35%، ومستوى صوتي لا يتجاوز 45 ديسيبل، ونطاق تشغيل يتراوح بين -40 درجة مئوية و+50 درجة مئوية تقريبًا.

إذا كان تطبيقك يتطلب خدمات لوجستية للوقود القائم على الميثانول مع تحويله إلى هيدروجين باستخدام خلايا الوقود PEM، فاطلع على منصة HYDRA-R:

اكتشف أنظمة خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول المُحسَّن HYDRA-R →

لماذا لا تزال خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول ذات أهمية

لا يزال الميثانول وقودًا جذابًا لتوليد الطاقة في المناطق النائية والموزعة، لأنه وقود سائل تتمتع بإنشاءات مرفعية راسخة للتعامل معه وتوزيعه.

في بعض حالات النشر، قد يكون نقل وتخزين الميثانول السائل أسهل من إنشاء سلسلة إمداد مخصصة للهيدروجين.

ومع ذلك، فإن مصطلح “خلية الوقود التي تعمل بالميثانول” يشمل تقنيات مختلفة.

لا ينبغي اعتبار كل من DMFC وRMFC نظامين متماثلين.

تستخدم خلايا DMFC الميثانول مباشرةً في المكدس الكهروكيميائي، في حين تقوم أنظمة RMFC بتحويل الميثانول إلى هيدروجين قبل توليد الطاقة.

ويكتسب هذا التمييز أهمية خاصة عند تقييم:

• الكفاءة الكهربائية
• استخدام الوقود
• مدة التشغيل
• الصيانة
• عمر المكدس
• استهلاك الوقود
• اللوجستيات الخاصة بالبعثة

فيما يتعلق بالطاقة عن بُعد طويلة الأمد، قد تكون بنية النظام الكاملة أكثر أهمية من اسم الوقود نفسه.

لماذا يبرز الهيدروجين الصلب في مجال الطاقة التكتيكية

يُعد تخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة بديلاً عن الطرق التقليدية لتخزين الهيدروجين المضغوط.

بدلاً من نقل الهيدروجين كغاز عالي الضغط، تعمل مواد هيدريد المعادن على تخزين الهيدروجين داخل وسيط صلب.

وعند دمجها مع مجموعة خلايا وقود PEM، ينتج عن ذلك بنية طاقة قادرة على توفير:

• كفاءة كهربائية عالية
• مستوى صوت منخفض
• تخزين الهيدروجين عند ضغط قريب من الضغط الجوي
• استبدال سريع للخرطوشة
• التشغيل لفترات طويلة
• انخفاض الانبعاثات عند نقطة الاستخدام
• نطاق واسع لدرجات حرارة التشغيل

هذه الخصائص تجعل الهيدروجين في الحالة الصلبة مناسبًا بشكل خاص لتزويد الطاقة التكتيكية، ودعم الطائرات بدون طيار، والمراقبة عن بُعد، والاتصالات، والعمليات الاستكشافية.

الأسئلة الشائعة حول خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول

ما هي خلية الوقود التي تعمل بالميثانول؟

خلية الوقود التي تعمل بالميثانول هي نظام خلايا وقود يستخدم الميثانول كوقود أساسي. وهناك نوعان رئيسيان من هذه الخلايا هما: خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول المباشر (DMFCs) وخلايا الوقود التي تعمل بالميثانول المعاد تشكيله (RMFCs).

ما الفرق بين DMFC و RMFC؟

تستخدم خلية الوقود DMFC الميثانول مباشرةً في حزمة خلايا الوقود. أما خلية الوقود RMFC فتقوم أولاً بتحويل الميثانول إلى هيدروجين، ثم تستخدم خلية وقود PEM لتوليد الكهرباء.

هل خلية الوقود التي تعمل بالميثانول أفضل من خلية الوقود التي تعمل بالهيدروجين؟

ليس بشكل عام. يمكن أن يوفر الميثانول مزايا من حيث توفر الوقود ولوجستيات الوقود السائل، في حين توفر خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين (PEM) عمومًا كفاءة كهربائية أعلى. ويعتمد الاختيار الأمثل على مدة المهمة، ولوجستيات الوقود، والوزن، وظروف التشغيل، ومتطلبات النظام.

هل خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول مناسبة لتوليد الطاقة لفترات طويلة؟

نعم. يمكن استخدام خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول لتوليد الطاقة لفترات طويلة، لا سيما في التطبيقات النائية والخارجة عن شبكة الكهرباء. وتُعد هياكل خلايا الوقود ذات الأغشية الصلبة (RMFC) ذات أهمية خاصة في الحالات التي يكون فيها وقت التشغيل الطويل ولوجستيات الوقود السائل من العوامل المهمة.

هل خلية الوقود الرخامية (RMFC) أكثر كفاءة من خلية الوقود المغناطيسية (DMFC)؟

يمكن لنظام RMFC أن يحقق كفاءة أعلى مقارنةً بأنظمة خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول المباشر التقليدية، وذلك لأن الميثانول يتم تحويله إلى هيدروجين قبل دخوله إلى حزمة خلايا الوقود ذات الغشاء التبادل الأيوني (PEM). ويعتمد الأداء الفعلي على بنية النظام وظروف التشغيل.

هل يمكن استخدام خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول في تطبيقات الطائرات بدون طيار؟

نعم. يمكن استخدام أنظمة خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول لتوفير الطاقة الداعمة للطائرات بدون طيار، وشحن البطاريات، وتطبيقات محددة على متن الطائرة. وتعتمد البنية المناسبة على متطلبات الطاقة للطائرات بدون طيار، ومدة الطيران، ولوجستيات الوقود، والتكامل مع المنصة.

هل خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول هادئة؟

تنتج خلايا الوقود عمومًا ضوضاء صوتية أقل بكثير من مولدات الاحتراق، وذلك لأن توليد الكهرباء يتم بطريقة كهروكيميائية. ومع ذلك، فإن المضخات والمراوح ومكونات «بقية المحطة» الأخرى تساهم في مستوى الضوضاء النهائي للنظام.

ما الفرق بين خلية الوقود التي تعمل بالميثانول وخلية الوقود التي تعمل بالميثانول المُعاد تشكيله؟

“يشير مصطلح ”خلية وقود الميثانول المُعدَّلة“ على وجه التحديد إلى نظام يحول الميثانول إلى هيدروجين قبل دخول الهيدروجين إلى حزمة خلايا الوقود ذات الغشاء التبادل الأيوني (PEM). أما المصطلح الأوسع نطاقًا ”خلية وقود الميثانول» فيمكن أن يشير إلى كل من هياكل خلايا الوقود المباشرة (DMFC) وخلايا الوقود المُعدَّلة (RMFC).

ما هو HYDRA-R؟

HYDRA-R هي منصة خلايا الوقود القائمة على الميثانول المُعاد تشكيله من شركة SOLIDHYDRO. وهي تعمل على توليد الهيدروجين من الميثانول حسب الحاجة، وتستخدم الهيدروجين الناتج في نظام خلايا الوقود PEM لتوفير طاقة طويلة الأمد في المناطق النائية وبعيدًا عن شبكة الكهرباء.

الخلاصة

يمكن لكل من خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول وتلك التي تعمل بالهيدروجين أن توفر مزايا مهمة مقارنة بمولدات الاحتراق التقليدية في مجال توليد الطاقة المحمولة والتكتيكية والخارجة عن الشبكة.

خلايا وقود الميثانول قد تكون خيارًا جذابًا عندما يكون توفر الوقود السائل، والنقل، واللوجستيات الميدانية من العوامل المهمة.

أنظمة DMFC تتيح التحويل الكهروكيميائي المباشر للميثانول، في حين أن أنظمة RMFC استخدام الميثانول كحامل للهيدروجين، والجمع بين لوجستيات الوقود السائل وتحويل الطاقة باستخدام خلايا الوقود ذات الغشاء التبادل الأيوني (PEM).

خلايا وقود الهيدروجين ذات الحالة الصلبة اتخاذ نهج مختلف يتمثل في تخزين الهيدروجين في مواد هيدريد معدنية وتزويد حزمة خلايا الوقود ذات الغشاء التبادل الأيوني (PEM) به.

وبالتالي، فإن السؤال الأهم بالنسبة للمهندسين الذين يقومون بتقييم نظام طاقة تكتيكي أو عن بُعد ليس مجرد:

“الهيدروجين أم الميثانول؟”

بدلاً من ذلك، قم بتقييم النظام بأكمله:

• ما هي كمية الطاقة الكهربائية المطلوبة؟
• ما هي المدة التي يجب أن يعمل فيها النظام؟
• ما هي كمية الوقود التي يمكن نقلها؟
• كيف سيتم إعادة تزويد الوقود؟
• ما هو مستوى الصوت المقبول؟
• ما هي درجات الحرارة التي يجب أن يتحملها النظام؟
• ما مدى أهمية الوزن وكثافة الطاقة؟
• ما هي البنية التحتية المتاحة للتخزين والنقل؟

أفضل بنية لخلايا الوقود هي تلك التي تتوافق مع مواصفات المهمة بالكامل.

الدعوة النهائية إلى العمل

هل تحتاج إلى مساعدة في اختيار خلية الوقود المناسبة؟

تقوم شركة SOLIDHYDRO بتطوير أنظمة طاقة تعمل بخلايا الوقود مخصصة للاستخدامات التكتيكية، والطائرات بدون طيار، والتطبيقات عن بُعد، والتطبيقات خارج شبكة الكهرباء.

من خلايا وقود الهيدروجين التي تعمل بهيدريد المعادن في الحالة الصلبة إلى أنظمة خلايا الوقود التي تعمل بالميثانول المُحسَّنة, ، يمكن لفريقنا الهندسي المساعدة في تقييم متطلبات الطاقة، ومدة التشغيل، ولوجستيات الوقود، وظروف التشغيل، وتكوين النظام.

أخبرنا عن التطبيق الذي تستخدمه، والطاقة المطلوبة، ومدة التشغيل المتوقعة، وسنساعدك في تحديد بنية الطاقة الأنسب.

→ ناقش طلبك المتعلق بالطاقة مع SOLIDHYDRO الفريق. البريد الإلكتروني: [email protected]

👉 استكشف خلية وقود الميثانول المُعدَّلة من طراز HYDRA-R

👉استكشف خلايا وقود الهيدروجين الصلبة من طراز HYDRA-M

👉Tتواصل مع فريق الهندسة لدينا

👉 اكتشف حلول الطاقة التكتيكية من SOLIDHYDRO