أهمية خلايا الوقود كمصدر بديل للطاقة

nuha1423 · #1 10-07-2009, 07:04

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

أهمية خلايا الوقود كمصدر بديل للطاقة

د. حمد بن عبدالله اللحيدان

في الآونة الأخيرة أصبحت الأمم مشغولة في البحث عن مصادر بديلة للطاقة جديدة ومتجددة ونظيفة. وفي مقدمة ذلك الدول الصناعية التي تعاملت مع هذا الموضوع من عدة منطلقات يمثل المنطلق الأول البحث عن وسيلة للاستغناء ولو جزئياً عن البترول كمصدر أول للطاقة وذلك بسبب ما يسببه البترول والفحم (الوقود الاحفوري) من تلوث للبيئة باطلاقهما غازات مثل ثاني أكسيد الكربون واكاسيد النيتروجين وبعض المركبات الهيدروكربونية التي لم تحترق ناهيك عن اكاسيد الكبريت وغيرها من الملوثات وهذه الغازات هي المسؤولة عن الاحتباس الحراري وبالتالي التغيرات البيئية مثل ارتفاع درجة الحرارة وقلة الأمطار وبالتالي التصحر ناهيك عن تأثيرها على الصحة العامة ليس هذا فحسب بل ان بعض هذه الغازات هو المسؤول عن ما يسمى بالمطر الحمضي الذي يسبب تلفيات كبيرة بالتربة والغطاء النباتي والمباني والممتلكات. كما ان بعض هذه الغازات مع الملوثات الأخرى إذا اختلط مع الرطوبة ومكونات الجو الأخرى يشكل ما يسمى بالدخاني الضبابي الذي نشاهده يعلو بعض المدن الكبيرة مثل لوس أنجلوس والقاهرة وإلى حد أقل الرياض وغيرها من المدن العالمية.

أما السبب الثاني لمحاولة الاستغناء عن البترول خصوصاً من قبل بعض دول الغرب فهو ان البترول يدر دخلاً جيداً على كثير من الدول العربية والإسلامية وهذا الدخل يستخدم في عمليات التطوير والتحديث في تلك الدول ويرفع من مستوى المعيشة وينمي الخدمات ويوفر السيولة اللازمة لعملية التطوير والبناء.

ولعل خير شاهد على ذلك ان الرئيس الأمريكي السابق بوش الابن وضع خطة عمل لإنتاج بدائل طاقة جديدة مثل استخدام الكحول والطاقة النووية والطاقة الشمسية وطاقة الرياح وغيرها من البدائل للاستغناء عن بترول الشرق الأوسط تحديداً بحلول عام (2025م) ولم يقل البترول بشكل عام.

أما المنطلق الثاني الذي سلكته وتسلكه الدول الصناعية الكبرى فهو الاستغناء عن استخدام البترول كوقود وذلك من خلال زيادة نسب الاستخدام لمصادر الطاقة البديلة خصوصاً الطاقة النووية وطاقة الرياح وطاقة الحرارة الأرضية وطاقة المياه والأمواج وقد عمدت في سبيل تحقيق ذلك إلى المزاوجة بين عدة أنواع من تلك المصادر بحيث يفي كل نوع بنسبة معينة فعلى سبيل المثال تنتج فرنسا (80%) من حاجتها من الكهرباء باستخدام الطاقة النووية وهي تستطيع الوفاء بالعشرين في المئة المتبقية من خلال استغلال طاقة الرياح وطاقة الكتلة الحيوية وخلايا الوقود وغيرها من مصادر الطاقة وما حققته فرنسا في هذا السبيل تعمل الدول الأخرى على تحقيقه ففي أمريكا يتم مزج الكحول مع البنزين بنسبة تتراوح ما بين (10-20%) ليعطى ما يسمى بالجازهول gashol وهذا يعني ان أمريكا تحقق اكتفاء ذاتياً بنسبة (20%) من هذه الوسيلة فقط فما بالك بالنسب التي سوف تحققها من خلال الاستخدام الواسع للطاقة النووية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية وغيرها من مصادر الطاقة التي يتم تطويرها بالسر والعلن وما تفعله فرنسا وأمريكا تفعله الدول المتقدمة الأخرى مثل ألمانيا والدول الاسكندنافية واليابان والصين وأسبانيا وغيرها من الدول ليس هذا فحسب بل إن كثيراً من الدول النامية قد تنبهت لهذا الأمر وأخذت تتجه نحو الاستفادة من مصادر الطاقة البديلة.

أما المنطلق الثالث الذي تنتهجه الدول الصناعية فهو الاستثمار في مجال إنتاج بدائل الطاقة وتطويرها وذلك من خلال التوجه للأسواق النامية وابرام عقود بناء محطات ومصانع لإنتاج الطاقة فبعض الشركات أصبحت متخصصة في مجال حصاد الطاقة الشمسية وأخرى متخصصة في مجال حصاد طاقة الرياح وثالثة في مجال استغلال الطاقة النووية في المجالات السلمية.

وقد سبق ذلك التوجه عمل دعاية كافية لاقناع الآخرين بجدوى تلك التوجهات حتى لو أدى الأمر إلى خلق مناخ يرغم كل من يتردد في الاتجاه إلى ذلك النهج على التوجه إليه. ولعل ملف إيران النووي واحد من تلك الوسائل فدول الخليج وعموم الدول العربية لم تلتفت للاستخدام السلمي للطاقة النووية حتى ظهر التهديد الإيراني على السطح وأصبح قول الشاعر «وما حيلة المضطر إلا ركوبها» صحيحاً.

وعلى العموم فقد تحدثت في المقالين السابقين عن أهمية الاستخدام السلمي للطاقة النووية وكذلك أهمية الاستفادة من الطاقة الشمسية التي نحن في المملكة من أغنى دول العالم بوهجها وطول نهارها وصحو جوها وارتفاع حرارتها. بالإضافة إلى الحديث عن طاقة الرياح السهلة الاستعمال والتركيب والصيانة. واليوم سوف اتحدث عن الطاقة الحيوية وخلايا الوقود والطاقة المائية:

* الطاقة الحيوية: وهذه تعني استخدام المواد العضوية مثل الحطب وأجزاء النبات الأخرى كوقود وذلك بواسطة تقنيات تحولها إلى غازات والاحتراق والهضم للفضلات الرطبة المتخلفة عن العملية السابقة.

ولعل من أهم مصادر الطاقة الحيوية ما يلي:

- النفايات الصلبة مثل النفايات المنزلية.

- النفايات الرطبة مثل مخلفات المطاعم والمسالخ وأسواق الخضار والفواكه.

- مخلفات المناجر والأعمال الخشبية.

- المخلفات الزراعية مثل سعف النخيل والتبن وغيرهما.

- الأخشاب ومخلفات الأشجار.

ولعل من أهم مميزات هذا المصدر من مصادر الطاقة انه نظيف ومتجدد، صحيح انه يطلق ثاني أكسيد الكربون بصورة محدودة لكن هذا يتم التغلب عليه. أما إصداره لغاز الميثان فهو مفيد حيث يستخدم غاز الميثان كوقود أي يتم تدويره..

كما أن هذا يعتبر وسيلة لتدوير النفايات والمياه الآسنة. وإذا تم إنشاء مزارع خاصة لانتاج المواد المستخدمة فهو سوف يكون مصدراً جيداً للطاقة، أما إذا أصبح استعماله يهدد المزارع أو الغابات القائمة فهو سوف لن يكون مرغوباً.. وعلى العموم فإن الكتلة الحيوية المعالجة بشكل صحيح يعتبر حلاً يحترم البيئة ومناسباً لسد الحاجة إلى الطاقة.

* الطاقة المائية: تحتوي المياه المتحركة مثل الأمواج والأنهار والمساقط المائية مثل الشلالات على مخزون ضخم من الطاقة الطبيعية. وقد تمكن الإنسان من تسخير هذه الطاقة وتحويلها إلى كهرباء. وهذا الأسلوب في توليد الطاقة لا يؤدي إلى انبعاث غازات دفيئة، وهو مصدر طاقة متجدد ومستمر للطاقة.

ويقدر المجلس العالمي للطاقة قدرة الموج على انتاج الطاقة باثنين تيراواط في العام وهذا يعادل ضعف الانتاج العالمي للكهرباء حالياً. وهذه التقنية ما زالت في مرحلة التطوير وإذا ما تم استغلالها بصورة مناسبة فإنها سوف تولد ما يزيد على حاجة العالم من الطاقة بخمسة آلاف مرة. ومن ناحية أخرى تم في عام (٢٠٠٣) انتاج ١٦٪ من الكهرباء في العالم مستغلة الطاقة المائية التي تتحرك من مستوى أعلى إلى أدنى مثل الأنهار المنحدرة وتلعب شدة الانحدار دوراً أساسياً في كمية الطاقة المولدة.

* خلايا الوقود: تعتبر خلايا الوقود أداة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية وبمعنى آخر انه عند تفاعل الهيدروجين السائل مع الأكسجين السائل ينتج الماء وكمية من الطاقة الكهربائية. وعلى أية حال فإن المحركات التي تستخدم خلايا الوقود تعمل بمحرك كهربائي يستمد طاقته من خلايا الوقود. وتعتبر كفاءة هذه المحركات عالية بالمقارنة بالمحركات التي تعمل بالبنزين أو الديزل وخير دليل على ذلك أن السيارة التي تعمل بواسطة الخلية الهيدروجينية تستهلك (٣) لترات من الوقود لكل (١٠٠) كيلومتر وتستطيع قطع مسافة (٤٠٠) كيلومتر قبل الحاجة إلى التزود بالوقود مرة أخرى.

نعم إن خلايا الوقود هي المصدر المرشح للفوز بقصب السبق مقارنة بمصادر الطاقة البديلة الأخرى ذلك انها تصلح لكل زمان ومكان متى ما تمكن المهتمون بها من خفض تكلفة تصنيعها وجعلها في متناول الجميع.. ولهذا السبب يطلق على خلايا الوقود اسم مصدر طاقة القرن الحادي والعشرين.. فالطاقة الشمسية ليست متوفرة في كل مكان كما تلعب السحب وتعاقب الليل والنهار دورا اساسيا في الحد من كفاءتها اما طاقة المياه والامواج فهي محصورة بالدول التي تطل على البحار او لديها انهار ومساقط مائية وعلى العموم فان خلايا الوقود هي صورة من صور تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في المركبات الهيدروكربونية (البترول) الى طاقة كهربائية كما ان الوقود المستخدم في هذه الخلايا يمكن ان يكون الهيدوجين او الميثانول او الغاز مع الاكسجين او الهواء الجوي.. وخلايا الوقود تشبه البطارية الا ان البطارية تنتهي فعالياتها بانتهاء المواد الداخلة في تركيب البطارية اما خلايا الوقود فهي تحصل على كل من الهيدروجين والاكسجين من مصادر خارجية ولا تعدان من مكونات خلية الوقود وهذا يكفل لها الاستمرارية وقوة خلية الوقود يتناسب طردا مع عدد الرقائق المسطحة التي تتكون منها الخلية، ولعل اهم مميزات خلايا الوقود تتلخص فيما يلي:

- انها على درجة عالية جدا من الأمان.

- كفاءة تشغيلية عالية جدا وذلك لانها تحول الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية بشكل مباشر وهذا لا يسبب اي فقد للطاقة.

- صيانتها سهلة وعمرها طويل.

- يمكن التحكم في حجمها حسب الحاجة فلكل محرك خلايا وقود ذات حجم يناسبه.

- مصدر نظيف جدا للطاقة حيث لا تصدر عنه اي ملوثات بل على العكس من ذلك فان نواتج التفاعل عبارة عن ماء صالح للشرب.

والآن تخوض الدول الكبرى من خلال جامعاتها ومراكزها البحثية ومختبرات البحث والتطوير غمار تحدٍ كبير يتمثل في تعميم استخدام خلايا الوقود وخفض تكلفة انتاجها وتسهيل عملية استخدامها، فهذه شركة مرسيدس - بنز في المانيا وشركة تاتاموترز وشركة سونيكا وشركة بجاج اوتو في الهند وشركة شل وشركة فورد في امريكا وتويوتا في اليابان وكذلك عدد من الشركات الكورية والصينية تبذل جهودا جبارة لانتاج سيارات ومحركات تستخدم خلايا الوقود وقد نجحت كل من المانيا واليابان والهند وكوريا وامريكا في تحقيق انجازات هامة للوصول الى هذا الهدف . هذا وقد بلغ عدد السيارات التي تعمل بالهيدورجين في أمريكا وحدها أكثر من (٢٠٠) سيارة. هذا وقد تمكنت جامعة اوهاويو وشركة فورد من تصميم اسرع سيارة تسير بطاقة الهيدروجين ومن الجدير بالذكر ان السيارات العالية السرعة والحافلات وبعض الغواصات والطائرات والصواريخ تعمل بالهيدروجين باشكال متعددة كما ان وكالة الفضاء الامريكية (ناسا) تستخدم الهيدروجين كوقود لاطلاق مركباتها الفضائية الى الفضاء الخارجي.

وبعد فاننا في المملكة العربية السعودية سوف نظل ممسكين بمصادر الطاقة الرئيسية التي تتمثل في البترول والغاز والطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة خلايا الوقود كما ان الظروف الاقتصادية والعلمية والموقع الجغرافي تؤهلها لأن تكون في مكان الصدارة في مجال استغلال الطاقة الشمسية والهوائية وخلايا الوقود بنفس مستوى تصدرها العالم كمنتج ومصدر للبترول وكمالك لأكبر احتياطياته كما ان البترول يعتبر المعول عليه كمصدر للهيدروجين المسال الذي يستخدم في خلايا الوقود فلله الحمد والمنة على ما أنعم وعلينا الجد والاجتهاد لتحقيق قصب السبق والامساك بزمام المبادرة.. والله المستعان.

جريدة الرياض