پیل های سوختی

[mahdi.adelinasab]

اتانول در عین حالی که دارای انرژي فراوان است، سمي نيست و ساده و ارزان از غلات تهيه مي‌شود. محققين دانشگاه سنت لوئیس كه پيش از اين در سال جاري يك پيل سوختي را که از آنزيم‌ها براي توليد الكتريسيته از اتانول استفاده مي‌كرد، ساخته‌بودند اخیرا نوع مبتنی برمیکروتراشه‌ از اين وسيله را ساخته‌اند. نکته مهم در ساخت یک پيل سوخت زيستي، ايجاد محيطی محافظت شده براي آنزيم‌هاي حساس است. محققين آند كربني یا الكترود مثبت پيل سوختي را با پلي‌متيلن سبز به عنوان الکتروكاتاليست پوشاندند، سپس يك غشاي نافیون دارای آنزيم‌هاي تثبیت‌شده الکل دهيدروژن از را اضافه كردند. در طي اين تحقيقات، پيل سوخت زيستي پتانسيل الكتريكي در حدود 34 صدم ولت و چگالي جريان حدود 53 ميكروآمپر در سانتي‌متر مربع را تولید کرد. در اين سيستم چندين پيل مي‌توانند به صورت يك آرايه و به عنوان يك مدار مجتمع در يك تراشه كامپيوتري قرار بگيرند. اين پیل سوخت زيستي، مي‌تواند نهايتاً به جاي باتري‌هاي قابل شارژ استفاده شود و به جاي اينكه مانند اين باتري‌ها از طريق اتصال به پريز برق شارژ شود، برای شارژ تنها به چند ميلي‌ليتر الكل نياز دارد. همچنين اين ميكروپيل سوختي مي‌تواند به عنوان منبع تغذيه براي حسگرها و ساخت آزمايشگاه‌ها بر روي يك تراشه مورد استفاده قرار بگيرد.
نمونه اوليه ساخته شده توسط محققين از يك كانال به طول سه‌سانتي‌متر و عرض 200 ميكرون كه بر روي يك تراشه پلاستيكي قرار دارد، تشكيل شده است. پايين كانال، به آندكربني پوشيده شده از غشايي از جنس كاتاليست الكتريكي منتهی مي‌شود. محققين اين پيل جديد را با اندازه‌گيري ميزان الكتريسیته توليد شده توسط يك ميكروليتر از اتانولي كه در طی هر دقيقه از كانال عبور مي‌كرد، آزمايش كردند. كاتاليست‌هاي آنزيمي اين پيل سوختي قابل تجدید می‌باشند در حالي كه بسياري از پيل‌هاي سوختي كه با فلزات واكنش‌هاي كاتاليزوري انجام مي‌‌دهند، گران و غير قابل تجديد هستند.
نتايج اين تحقیق قرار است در شماره‌ بعدي مجله Lab-on-a-Chip به چاپ برسد.

 

[پیرجو]

خیلی جالب بود. از غلات.............. نمی دونستم تا حالا...........

 

[mahdi.mozaffari]

پیل سوختی پلیمری

پیل سوختی پلیمری

Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC)

Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) are believed to be the best type of fuel cell as the vehicular power source to eventually replace the gasoline and diesel internal combustion engines. First used in the 1960s for the NASA Gemini program, PEMFCs are currently being developed and demonstrated for systems ranging from 1W to 2kW.​

PEM fuel cells use a solid polymer membrane (a thin plastic film) as the electrolyte. This polymer is permeable to protons when it is saturated with water, but it does not conduct electrons.
The fuel for the PEMFC is hydrogen and the charge carrier is the hydrogen ion (proton). At the anode, the hydrogen molecule is split into hydrogen ions (protons) and electrons. The hydrogen ions permeate across the electrolyte to the cathode while the electrons flow through an external circuit and produce electric power. Oxygen, usually in the form of air, is supplied to the cathode and combines with the electrons and the hydrogen ions to produce water. The reactions at the electrodes are as follows:

Anode Reactions:2H2 => 4H+ + 4e-Cathode Reactions:O2 + 4H+ + 4e- => 2 H2OOverall Cell Reactions:2H2 + O2 => 2 H2O​

Compared to other types of fuel cells, PEMFCs generate more power for a given volume or weight of fuel cell. This high-power density characteristic makes them compact and lightweight. In addition, the operating temperature is less than 100ºC, which allows rapid start-up. These traits and the ability to rapidly change power output are some of the characteristics that make the PEMFC the top candidate for automotive power applications.
Other advantages result from the electrolyte being a solid material, compared to a liquid. The sealing of the anode and cathode gases is simpler with a solid electrolyte, and therefore, less expensive to manufacture. The solid electrolyte is also more immune to difficulties with orientation and has less problems with corrosion, compared to many of the other electrolytes, thus leading to a longer cell and stack life.

One of the disadvantages of the PEMFC for some applications is that the operating temperature is low. Temperatures near 100ºC are not high enough to perform useful cogeneration. Also, since the electrolyte is required to be saturated with water to operate optimally, careful control of the moisture of the anode and cathode streams is important.​

 

[پیرجو]

اگر این رو خودتون نوشته اید بهتر بود که برای من ارسال می کردید تا در مجله باشگاه با نام خودتان چاپ میشد.

 

[mahdi.mozaffari]

آقا بسيار ممنون
از اينكه برايم پيام فرستاديد بسيار ممنونم. ذكر خير شما هميشه در اتاف ما است. مهدي عادلي نسب دوست صميمي من است و باهم در دانشگاه سهند تبريز درس ميخونيم.
نه، من مطالب pefc‌ را از سايتي برداشت كرده ام، و به اين خاطر آن را در اين محل فرستاده ام كه بفهمم كه كدام يك از بچه ها در اين زمينه كار كرده است. اگر خود هم آن را مطالعه كنيد متوجه خواهيد شد كه اين مطالب در حد آشنايي با پيل سوختي پليمري است. پروژه ي كارشناسي من در زمينه پيل سوختي پليمري بود و چون مطلبي در سايت در اين ارتباط (pefc) نديدم خواستم كه مطالبي راجع به آن در سايت باشد.
ممنون

 

[پیرجو]

شما لطف دارید. ذکر خیر یا غیبت؟؟؟؟ از شما که مطمئن هستم.. ولی از مهدی جان نه... همش غیبت من رو می کنه؟؟؟ نه!!!

 

[mahdi.adelinasab]

شما لطف دارید. ذکر خیر یا غیبت؟؟؟؟ از شما که مطمئن هستم.. ولی از مهدی جان نه... همش غیبت من رو می کنه؟؟؟ نه!!!

آهاييييييييييييييييييييييييييييييييييييييييي!!!!
من ديگه دارم گريه مي كنم
ببين بهتاش من كه مي بينمت آخرش كجا مي خواي در بري---»
و من ----»

 

[پیرجو]

من که هینمیرم. زیر سایه شما ها می مانم.... حالا گریه نکن..... کمتر سیگار بکش....

 

[mahdi.adelinasab]

من که هینمیرم. زیر سایه شما ها می مانم.... حالا گریه نکن..... کمتر سیگار بکش....

آخرش می خورمت بهتاش

 

[javadaria61]

آشنايي با پيلهاي سوختي

آشنايي با پيلهاي سوختي

بحران انرژي يکي ازموضوعاتي است كه به شدت مورد توجه جوامع امروزي مي‌باشد. سوخت‌هاي فسيلي که تاکنون تأمين‌كنندة بخش عمده‌اي از انرژي مورد نياز بشر بوده‌اند، منابعي رو به زوال هستند. از طرفي، سيستم‌هاي مصرف‌کننده اين سوخت‌ها داراي بازدة پاييني مي‌باشند. اين سيستم‌ها علاوه بر اتلاف منابع سوختي، از مهم‌ترين منابع آلوده‌کننده محيط زيست نيز محسوب مي‌شوند. از اين رو، استفاده از انرژي‌هاي نو و سيستمهاي تبديل انرژي با بازده بالا و آلودگي کم، بسيار لازم و ضروري است.

◄ تاريخچه پيدايش پيل سوختي:
تاريخچه پيدايش و تحول پيل سوختي به دو دوره متمايز تقسيم مي‌شود:
دوره صدساله اول که از سال 1839 با ساخت اولين پيل سوختي با الكتروليت اسيد سولفوريك توسط ويليام گرو آغاز گرديد. اين دوره با تلاش دانشمندان بزرگي چون نرنست، هابر، موند و ديگران منجر به درك علمي پيل سوختي و شناخت تنگناهاي اين فن‌آوري تا سال 1940 گرديد.
دوره تحول و گسترش دوم پيل سوختي از سال 1940 شروع و تا به امروز منجر به توسعه فن‌آوري پيل سوختي و كاربرد عملي اين فن‌آوري شده است.
واژه "پيل‌سوختي" در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف مي‌کرد، ساختند.
فرانسيس بيكن از دانشگاه كمبريج در سال 1932 بر روي ماشين ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسياري انجام داد. اين اصلاحات شامل جايگزيني كاتاليست گرانقيمت پلاتين با نيكل و همچنين استفاده از هيدروكسيدپتاسيم قليايي به جاي اسيد سولفوريك به دليل مزيت عدم خورندگي آن مي‌باشد. اين اختراع كه اولين پيل‌سوختي قليايي بود، “Bacon Cell” ناميده شد. او 27 سال تحقيقات خود را ادامه داد تا توانست يك پيل‌سوختي كامل وكارا ارائه نمايد. بيكون در سال 1959 پيل‌سوختي با توان 5 كيلووات را توليد نمود كه مي‌توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.

◄ اصول کار پيلهاي سوختي:
پيل سوختي دستگاهي است الکتروشيميائي که انرژي شيميائي حاصل از يک واکنش شيميائي را به انرژي الکتريکي تبديل مي‌نمايد. سوخت مصرفي در پيل‌هاي سوختي پليمري، هيدروژن است که از منابع مختلفي تأمين مي‌شود. هيدروژن به آند و اکسيژن به کاتد تزريق مي‌شود. مولکولهاي هيدروژن در اثر تماس با کاتاليزورهاي موجود در سطح غشاء، يا در سطح الكترود، به يون هيدروژن تبديل شده و قابليت عبور از الکتروليت، يا غشاء تبادلگر يوني را پيدا مي‌نمايند. الکترونهاي آزاد شده به علت شکسته شدن پيوند مولکول هيدروژن، توسط يک مدار خارجي به کاتد مي‌رسند. سرانجام در کاتد، اکسيژن تزريق شده به سيستم با پروتونهاي انتقال يافته توسط غشاء، توليد آب مي‌نمايند. اکنون با قرار دادن يك موتور الکتريکي، مصرف‌کننده، مي‌توان سيستم پيل سوختي را تکميل نمود.
پيل‌هاي سوختي مزاياي زيادي دارند كه كم و بيش براي همة انواع آنها صادق است. برخي از اين مزايا عبارتند از:
- بازدهي بالاتر پيل‌هاي سوختي نسبت به موتورهاي احتراق
- سادگي سيستم پيل سوختي
- آلايندگي کم (تنها ماده حاصل از و اكنش پيل، آب است.)
- آلودگي صوتي كم (پيل‌هاي سوختي بسيار آرام كار مي‌كنند كه براي سيستم‌هاي قابل حمل از اهميت زيادي برخوردار است.)
- طول عمر بسيار بالا.
- عدم وجود قطعات و قسمت‌هاي متحرک در سيستم.

شكل(1 ) شماي كلي يک پيل سوختي

استفاده از پيل‌هاي سوختي در سيستم‌هاي تركيب‌كننده نيرو و گرما (در اندازه‌هاي كوچك و بزرگ) ميسر است. همچنين از آنها مي‌توان در وسايل نقليه، كامپيوترهاي قابل حمل، گوشي‌هاي تلفن همراه و … استفاده كرد. پيل هاي ‌سوختي را به شكل‌هاي مختلفي دسته بندي مي‌كنند . اين تقسيم بندي‌ها بر اساس نوع الكتروليت، دماي فعاليت پيل ، سوخت ، اكسيدكننده، مبدل سوخت و .... انجام شده است. در رايج‌ترين طبقه‌بندي، انواع پيل‌هاي سوختي بر مبناي نوع الکتروليت عبارتند از:
1- پيل‌سوختي پليمري Polymer Electrolyte Fuel Cell
2- پيل‌سوختي قليايي Alkaline Fuel Cell
3- پيل‌سوختي اسيدفسفريك Phosphoric acid fuel cell
4- پيل‌سوختي كربنات مذاب Molten carbonate fuel cell
5- پيل‌سوختي‌اكسيدجامد Solid oxide fuel cell
در شکل (2) توزيع کاربرد هريک از انواع پيل‌هاي سوختي نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده مي‌شود پيل‌هاي سوختي پليمري بيشترين کاربرد را به خود اختصاص داده‌اند. در اين گزارش نيز بررسي پيل‌هاي سوختي پليمري مد نظر مي‌باشد.

شکل (2) توزيع کاربرد انواع پيل هاي سوختي.

◄ كاربردهاي پيل سوختي نيروگاهي:
بازار مولدهاي نيروگاهي پيل‌سوختي بسيار گسترده است و کاربردهاي دولتي، نظامي و صنعتي را شامل می‌شود. همچنين به عنوان نيروي پشتيبان در مواقع اضطراري در مخابرات، صنايع پزشکي، ادارات، بيمارستان‌ها، هتل‌هاي بزرگ و سيستم‌هاي کامپيوتري به کار می‌رود.
پيل‌هاي سوختي نسبتاً آرام و بی‌صدا هستند لذا جهت توليد برق محلي مناسبند. علاوه بر کاهش نياز به گسترش شبکه توزيع برق، از گرماي توليدي از اين نيروگاه‌ها می‌توان جهت گرمايش و توليد بخار آب استفاده نمود.
اين نيروگاه‌ها در مصارف کوچک بازدهي الکتريکي بالايي دارند و همچنين در ترکيب با نيروگاه‌هاي گاز طبيعي بازدهي الکتريکي آنها به 70-80% می‌رسد.
مزيت ديگر اين نيروگاه‌ها عدم آلودگي محيط زيست است. خروجي نيروگاه‌هاي پيل‌سوختي بخار‌آب مي باشد.
نيروگاه‌هاي پيل سوختي قابليت استفاده از سوخت‌هاي مختلف مانند متانول، اتانول، هيدروژن، گاز طبيعي، پروپان و بنزين را دارند و مانند ساير نيروگاه‌ها محدود به استفاده از يک منبع انرژي خاص نيست. از زمانيکه اولين پيل‌سوختي نيروگاهي در دهه 60 توليد گشت، تا کنون در مجموع 650 سيستم کامل با توان بيش از 10 کيلووات (ميانگين آن 200 کيلووات است) ساخته شد. تقريباً 90 درصد از اين واحدها با گاز طبيعي تغذيه مي شود. البته استفاده از سوخت‌هاي جايگزين نظير بيوگاز و گاز ذغال نيز پيشرفت قابل ملاحظه‌اي داشته است. در اين بخش نيروگاه انواع متنوع پيل‌سوختي به کار رفته است. در ابتدا از پيل‌سوختي اسيد فسفريک آغاز گرديد و سپس پيل‌سوختي پليمري و پيل‌سوختي کربنات مذاب جايگزين آن گشتند. در حاليکه پيل‌سوختي اکسيد جامد در اينده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پيل‌هاي سوختي نيروگاهي کوچک (زير 10 کيلووات) نيز رشد قابل ملاحظه‌اي را شاهد بوديم. تعداد اين واحدها اکنون به 1900 رسيده است. اين سيستم جهت مصارف خانگي و بازارهايي از قبيل UPS ونيروي پشتيبان در اماکن دوردست کاربري دارد. نيمي از محصولات در آمريکاي شمالي توسعه يافته است.
در بخش سيستم‌هاي نيروگاهي کوچک 20 درصد سهم بازار را پيل‌سوختي اکسيدجامد و مابقي را پيل‌سوختي پليمري تشکيل مي‌‌دهد. بازار پيل‌سوختي کوچک در ژاپن که به مصارف خانگي اختصاص دارد، منحصراً با پيل‌سوختي پليمري است و اميد است تا انتهاي سال 2005 محصولات به بازار عرضه گردند.
فروش تعدادي از واحدهاي نيروگاهي کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سيستم GenCore شرکت Plug Power مي باشد(توان 5 کيلووات، 15000 دلار)
دولت ژاپن حمايت خود از توسعه پيل‌هاي سوختي نيروگاهي در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شرکت هاي ژاپني گاز توکيو و Osaca از بزرگترين شرکت هاي توسعه دهنده اين فن‌آوري می‌باشند.

منبع:

بخش مهندسي شيمي​

سايت فدک​

 

[sahel_m]

پيل سوختي الكلي در ابعاد ميکرو

پيل سوختي الكلي در ابعاد ميکرو

اتانول در عین حالی که دارای انرژي فراوان است، سمي نيست و ساده و ارزان از غلات تهيه مي‌شود. محققين دانشگاه سنت لوئیس كه پيش از اين در سال جاري يك پيل سوختي را که از آنزيم‌ها براي توليد الكتريسيته از اتانول استفاده مي‌كرد، ساخته‌بودند اخیرا نوع مبتنی برمیکروتراشه‌ از اين وسيله را ساخته‌اند. نکته مهم در ساخت یک پيل سوخت زيستي، ايجاد محيطی محافظت شده براي آنزيم‌هاي حساس است. محققين آند كربني یا الكترود مثبت پيل سوختي را با پلي‌متيلن سبز به عنوان الکتروكاتاليست پوشاندند، سپس يك غشاي نافیون دارای آنزيم‌هاي تثبیت‌شده الکل دهيدروژن از را اضافه كردند. در طي اين تحقيقات، پيل سوخت زيستي پتانسيل الكتريكي در حدود 34 صدم ولت و چگالي جريان حدود 53 ميكروآمپر در سانتي‌متر مربع را تولید کرد. در اين سيستم چندين پيل مي‌توانند به صورت يك آرايه و به عنوان يك مدار مجتمع در يك تراشه كامپيوتري قرار بگيرند. اين پیل سوخت زيستي، مي‌تواند نهايتاً به جاي باتري‌هاي قابل شارژ استفاده شود و به جاي اينكه مانند اين باتري‌ها از طريق اتصال به پريز برق شارژ شود، برای شارژ تنها به چند ميلي‌ليتر الكل نياز دارد. همچنين اين ميكروپيل سوختي مي‌تواند به عنوان منبع تغذيه براي حسگرها و ساخت آزمايشگاه‌ها بر روي يك تراشه مورد استفاده قرار بگيرد.
نمونه اوليه ساخته شده توسط محققين از يك كانال به طول سه‌سانتي‌متر و عرض 200 ميكرون كه بر روي يك تراشه پلاستيكي قرار دارد، تشكيل شده است. پايين كانال، به آندكربني پوشيده شده از غشايي از جنس كاتاليست الكتريكي منتهی مي‌شود. محققين اين پيل جديد را با اندازه‌گيري ميزان الكتريسیته توليد شده توسط يك ميكروليتر از اتانولي كه در طی هر دقيقه از كانال عبور مي‌كرد، آزمايش كردند. كاتاليست‌هاي آنزيمي اين پيل سوختي قابل تجدید می‌باشند در حالي كه بسياري از پيل‌هاي سوختي كه با فلزات واكنش‌هاي كاتاليزوري انجام مي‌‌دهند، گران و غير قابل تجديد هستند.
نتايج اين تحقیق قرار است در شماره‌ بعدي مجله Lab-on-a-Chip به چاپ برسد.

 

[sahel_m]

آینده زیر سایه نانو

آینده زیر سایه نانو

نانو فناوری در تعریفی بسیار ساده ، یعنی تكنولوژی هایی كه در ابعاد نانومتری عمل می كنند. نانومتر واحد اندازه گیری است و برابر یك میلیاردم متر یا ۱۰به توان ۹- متر است . اندازه اتم ها و مولكول ها در این محدوده قرار دارد، بنابراین با ورود به این فضای كوچك بشر می تواند در نحوه چینش و آرایش اتم ها و مولكول ها دخالت كند و به ساخت مواد جدید و ساختارهایی متفاوت با آنچه تاكنون وجود داشته است بپردازد.

تولید نانو تیوب های كربنی (ساختارهای لوله ای كربنی) ماده ای در اختیار بشر قرار داد كه رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبك تر از آلومینیوم است. همچنین با استفاده از نانو ذرات می توان سطوح خود تیزشونده یا همیشه تمیز ساخت و ربایش مغناطیسی را چندین برابر كرد. لاستیك های با عمر بالای ۱۰ سال و دارورسانی به تك سلول های آسیب دیده در بدن از توانایی هایی است كه بشر به مدد نانوفناوری به آن دست یافته است.

اگر بپذیریم كه نانو فناوری توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید، با در دست گرفتن كنترل در سطوح اتمی و مولكولی و استفاده از خواص آن سطوح است آنگاه درخواهیم یافت كه كاربردهای این فناوری در حوزه های مختلف اعم از غذا، دارو، تشخیص پزشكی، فناوری زیستی ، الكترونیك، كامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی ، محیط زیست و امنیت ملی خواهد بود به گونه ای كه به زحمت می توان عرصه ای را كه از آن تأثیر نپذیرد معرفی كرد.

هرچند آزمایش ها و تحقیقات پیرامون نانو تكنولوژی از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم به طور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین و باورنكردنی نانوفناوری در روند تحقیق و توسعه باعث گردید كه نظر همگی كشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یكی از مهم ترین اولویت های تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یكم محسوب كنند.

لذا محققان ، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در بسیجی همگانی، جایگاه و وضعیت خویش را درباره این موضوع مشخص كنند و با یك برنامه ریزی علمی و كارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی دراین جایگاه ابراز وجود كنند.
زیرا بسیاری از صاحب نظران و محققان، نانوفناوری را مساوی آینده دانسته اند به عبارت دیگر می توان گفت، اولویت كشور، هر صنعت و فناوری كه باشد بدون تسلط بر ابعادنانو، در دنیای جدید نمی توان در آن صنعت و فناوری حرفی در دنیا زد. ماهیت فرارشته ای علوم و فناوری نانو به عنوان توانمندی تولیدمواد، ابزارها و سیستم های جدید با دقت اتم و مولكول، موجب كاربردهای بسیار زیادی در عرصه های مختلف علمی و صنعتی شده است. برای مثال در بخش پزشكی و بهداشت از زمینه های كاری بسیار مهم نانوفناوری، سیستم توزیع دارو درداخل بدن است .

مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمی است در حالی كه سلول های خاصی از بدن نیازمند آن هستند ، در روش جدید دارو با وسایل تزریق متفاوت با امروزه، به صورت مستقیم به سمت سلول های مشخص جهت گیری شد و دارو به محل نیاز تحویل داده می شود. از نظر دفاعی نیز این فناوری برای كشورها هم فرصت و هم تهدید است. به لحاظ كاربردهای زیاد این فناوری گرایش زیادی در بخش دفاعی كشورها به تحقیق و توسعه صورت گرفته است.
این كاربردها از لباس های مانع خطر تا پرنده های بسیار كوچك تجهیزات اطلاعاتی و بسیاری موارد دیگر است كه هم اكنون با حمایت وزارتخانه های دفاع كشورهایی چون آمریكا ، ژاپن و برخی كشورهای اروپایی به صورت طرح های تحقیقاتی در حال انجام هستند. نانوفناوری، تغییر بنیانی مسیری است كه در آینده موجب ساخت مواد جدیدخواهد شد و انقلابی در مواد ایجادخواهد كرد كه محققان قادر به ساخت موادی خواهند شد كه در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نیست.

برخی از مزایای مواد نانوساختار، عبارت است از مواد سبك تر، قوی تر، قابل برنامه ریزی، كاهش هزینه عمر كاری از طریق كاهش دفعات نقص فنی ابزارهایی نوین برپایه اصول و معماری جدید، صنعت خودرو و لوازم خانگی بااستفاده از این فناوری جدید در درازمدت می توان تومورهای مغزی را به درستی تشخیص داد و نیز بدون آسیب زدن به بافت های سالم و با استفاده از پرتو درمانی این بیماری را بهبود بخشید، نانو كپسول های تولیدی با استفاده از فناوری نانو، دارای موادی مانند ویتامین A، رتینول و بتاكاروتن خواهد بود كه باید به لایه های عمقی پوست منتقل شوند تا بیشترین خواص ضدپیری و سایر خواص دارویی خود را بروز دهند.

با كارگذاری نانو ذرات فعال نوری در داخل گلبول های سفید خون موفق به شناسایی سلول های آسیب دیده خواهیم شد. در زمینه انرژی می تواند به طور قابل ملاحظه ای كارآیی ، ذخیره سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار داده و مصرف انرژی را پایین بیاورد. به عنوان مثال شركت های موادشیمیایی، موادپلیمری تقویت شده را ساخته اند كه می تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیل ها شود. استفاده گسترده از این نانوكامپوزیت ها می تواند سالیانه ۱‎/۵ میلیاردلیتر صرفه جویی مصرف بنزین به همراه داشته باشد.

چندمحصول تجاری شده با استفاده از فناوری نانو
در زیر چند محصول برتر نانو فناوری در سال ۲۰۰۳ طبقه بندی شده است. این خبر نشان می دهد كسانی كه هنوز معتقدند نانو فناوری فقط در آزمایشگاه است، اشتباه می كنند.

1) پارچه های ضدچروك و ضدلكه
شركتی با اضافه كردن ساختارهای مولكولی به الیاف كتان، الیافی ساخته است كه مایعات و لكه ها برروی آنها حركت كرده و جذب نمی شوند. بنابراین چنانچه قهوه برروی شلوار سفیدرنگی ریخته شود به طرز شگفت آوری روی آن حركت كرده و جذب نمی شود.

2) محافظت پوست، با قابلیت نفوذ عمیق
یكی از بزرگ ترین شركت های تولیدكننده موادآرایشی در جهان نخستین محصول نانوفناوری خود را در سال ،۱۹۹۸ معرفی كرد. این محصول كرم ضدچروك Plenitude Revitalift است كه در تولید این كرم از یك فرآیند انحصاری نانو فناوری به منظور داخل كردن ویتامین A به درون یك كپسول پلیمری استفاده شده است. كپسول مانند اسفنج ،كرم را درون خود جذب و نگهداری می كند تا این كه پوسته بیرونی آن در زیرپوست حل شود.

3) عینك های آفتابی با كیفیت بالا
شركتی دیگر با استفاده از نانو فناوری، پوشش های پلیمری بسیارنازك، ضدانعكاس و حفاظتی برای عینك ها ساخته است بطوری كه شیشه آنها در مقابل خراشیدگی مقاومت داشته و ضدانعكاس نیست این پوشش چربی ها و لكه ها را از روی عدسی ها برطرف و عدسی ها را حساس تر می كند.

4) نانو جوراب
نه فقط ورزشكارها بلكه اكثر مردم از عرق پا رنج می برند و نمی توانند آن را تحمل كنند بطور طبیعی هر پا دارای ۲۵۰هزار غدد عرقی است كه قادرند حدود ۵۰۰ میلی لیتر عرق در روز تولید كنند.
به تازگی جوراب هایی از جنس كتان كه به وسیله نانو ذرات نقره، بهبود یافته اند به وسیله شركت سول، وارد بازار شده است كه این ذرات نقره از رشد باكتری ها و قارچ ها جلوگیری كرده و بدین وسیله از چرب شدن و بدبوشدن پا جلوگیری می كنند.

5) كرم های ضدآفتاب
مصرف كرم های ضدآفتاب معمولی پوست را به قدری سفید می كند كه حالت نامناسبی پیدامی كند. این سفیدی ناشی از اكسید روی است كه از پوست دربرابر هردونوع اشعه ماورای بنفش Aو Bخورشید محافظت می كند. جهت حل این مشكل شركت BASF ماده ای با كمك فناوری نانو، ساخته است كه سبب تولید نانو كریستال های اكسیدروی با خلوص بالا تهیه شده و این امر منجر به افزایش مرغوبیت كرم های ضد آفتاب می شود از دیگر مزایای این كرم ها این است كه به وسیله پوست جذب نشده و ایجاد آلرژی نمی كند.

 

[جوجو13]

پیل سوختی

پیل سوختی

پيل سوختي چيست؟

پيل سوختي يك سيستم الكتروشيميايي است كه انرژي شيميايي سوخت - عموما" هيدروژن (و يا متانول) و هوا - را به طور مستقيم به انرژي الكتريكي تبديل مي‌كند. اين مولد انرژي داراي بازده بالايي است. بازده بالاي اين سيستم منتج از دوري جستن از چرخه كارنو است. در پيل سوختي هيدروژن در قسمت آند اكسيد شده و به پروتون و الكترون تقسيم مي‌شود. الكترون توليدي جريان الكتريسيته را موجب مي‌گردد. پروتون با عبور از غشاء تبادل يون به سمت كاتد رفته و در حضور كاتاليزور با اكسيژن هوا و الكترون بازگشتي از پيل به آب تبديل مي‌شود و بدينترتيب هيچ آلودگي به وجود نمي‌آيد. اين واكنش در دماي 80 درجه سانتیگراد (در پيل سوختي دماي پايين PEMFC) انجام مي‌پذيرد. واكنش‌هاي صورت گرفته در آند، كاتد و ماحصل نهايي بصورت زير است:

H2

2H+ + 2e -

O2 + 4H+ + 4e -

2H2O

2H2 + O2

2H2O

مزاياي پيل سوختي

- عدم آلودگي هوا

- آلودگي صوتي ناچيز

- بازده سوخت بالا، براي مثال بازده پيل سوختي (از چاه نفت تا چرخ خودرو) برابر 45-30% و در مقايسه با بازده كمتر از 17% براي موتورهاي احتراق داخلي بيانگر افزايشي بيش از 100% بازده در اين نوع سيستم‌ها است. تصوير1

- طول عمر بالا (بدليل نبود قطعات و قسمت هاي متحرك در سيستم )

- قابل رقابت از جنبه قيمت و هزينه ها در توليد انبوه

- امكان حصول و بومي كردن تكنولوژي در ايران
- امكان استفاده از منابع تجديدپذير (آّب، باد، خورشيد و زمين گرمايي) جهت توليد هيدروژن و يا متانول مورد نياز پيل سوختي​

تصوير 1: مقايسه توليد انرژي از طريق چرخه كارنو با پيل سوختي​

انواع پيل سوختي

درسال 1889 لودويك مند (L.Mond) و چارلز لنجر (C.Langer) توانستند يك نوع پيل سوختي كه هوا و سوخت ذغال سنگ را مصرف مي‌كرد بسازند. در سال 1932 مهندس فرانسيس بيكن (F.Bacon) براي ساخت پيل سوختي فعاليت خويش را آغاز كرد و در اواسط دهه پنجاه موفق به ساخت پيل سوختي آلكالين 50KW شد.

انواع پيل سوختي، نوع الكتروليت، دما و طرز عملكرد آن در شكل 2 به تصوير كشيده شده و در جدول 1 آورده شده است. در ميان انواع پيل سوختي، پيل سوختي پليمري (PEM) به دليل دارا بودن چگالي قدرت بسيارخوب، قابليت شروع به كار سريع و عملكرد در دمای 100- 80 درجه سانتیگراد براي استفاده در صنايع خودرو سازي، نيروگاهي، مولد انرژي قابل حمل و كاربردهاي نظامي رايج ترين نوع است .
​

تصوير2: انواع پيل هاي سوختي​

​

​

​

جدول 1: انواع پیل های سوختی​

​

​

انواع سوخت مورد استفاده در پيل سوختي

هيدروژن به صورت طبيعي و خالص در طبيعت وجود ندارد به ناچار مجبور به استفاده از سوخت‌هايي هستيم كه در دسترس و ارزان هستند. در اينجا به بررسي سوختهاي اوليه مي‌پردازيم كه مي‌توانند به عنوان منبع تهيه هيدروژن مورد استفاده قرار گيرند.

در مولدهاي ثابت و نيروگاههاي پيل سوختي بهتر است كه تبديل سوخت در كنار پيل سوختي انجام شود در اين حالت مي‌توان از گرماي توليدي حاصل از واكنش الكتروشيميايي پيل سوختي در دستگاه مبدل سوخت استفاده كنيم و در اين حالت مشكلات ذخيره سازي و انتقال و به كار گيري هيدروژن به صورت خالص را نخواهيم داشت.
​

 

[جوجو13]

سوختهاي فسيلي:​

1- نفت خام ​

نفت خام مخلوطي از گازها و مايعات و جامدات بر پايه هيدروكربنها است كه به صورت خام در اكثر نقاط كره زمين قابل دسترسي است.

نفت خام به تنهايي داراي ارزش نسبتأ كمي است ولي با تبديل آن به محصولاتي نظير مايعات و محصولات پتروشيمي و سوختهاي ديگر، محصولات با ارزشي توليد خواهد شد. هر برش از نفت خام محتوي اجزاي مختلف شيميايي است كه پارافين ها يا آلكن ها، مونوسيكليك ها و پلي سيكليكهاي پارافيني(نفتا) و هيدروكربن هاي آروماتيك تك هسته اي و چند هسته اي را مي توانيم نام ببريم.

2- زغال سنگ و گاز ذغال سنگ​

ذغال سنگ فراوانترين سوخت فسيلي است ولي از نظر ساختار شيميايي بسيار پيچيده است اين سوخت نيز از فشرده شدن باقيمانده گياهان و گذشت زمان بوجود آمده است. از سوزاندن ذغال سنگ مايع و گاز كك حاصل مي شود كه اين مواد بستگي زيادي به ماده اوليه ذغال سنگ، دما و فشار واكنش و مقادير نسبي از بخار و اكسيژن تزريق شده به داخل رآكتور دارند.

در كارخانجات بزرگ پروسس، ذغال سنگ به همراه بخار و اكسيژن (يا هوا) در دماي بالاتر قرار گرفته و محصول در اين حالت گاز خواهد بود كه به همراه گاز مقاديري از محصول مايع و جامد حاصل از واكنش نيز توليد خواهد شد. روش هاي متفاوتي جهت استحصال گاز ذغال سنگ وجود دارد كه اين روشها به سه مجموعه كلي زير تقسيم مي شوند:

1- بستر متحرك
2- بستر سيال
3- روش(Entrained bed)

در هر سه مورد فوق بخار و هوا يا اكسيژن به ذغال در حال اكسيد شدن اضافه مي شود.

در روش بستر متحرك واكنشگرها در دماي نسبتأ پايين ( 650-450)�C محصولات متان واتان را به همراه مايعات هيدروكربني نظير نفتا- قطران و روغنهاي هيدروكربني و فنليك ها توليد مي كند.

در روش(Entrained bed) واكنش توليد گاز در دماي بالا( 1200 �C)انجام شده در اين صورت در صد بالاتري از محصولات گازي توليد شده و ميزان كم تري از هيدروكربن هاي مايع توليد مي شود. محصولات گازي توليدي شامل هيدروژن، مونوكسيد كربن و دي اكسيد كربن است.

در روش بستر سيال دماي راكتور(1050-�C 925) است. محصولات گازي توليد شده در اين راكتور حد واسط دو روش فوق است.

3- گاز طبيعي

گاز طبيعي اغلب در نزديكي مخازن زير زميني نفت خام قرار گرفته ولي به تنهايي نيز در نقاط مختلف زمين يافت مي شود. اتان و پروتان با تركيب درصد بسيار كم تر در گاز طبيعي وجود دارند. گاز طبيعي بر اساس ميزان H2S موجود در گاز به دو نوع گاز ترش (در صد قابل توجه H2S) وگاز شيرين (درصد كم از H2S) طبقه بندي مي شود.

جدول 2 نشان دهنده تركيب در صد اجزاي مختلف گاز طبيعي در نقاط مختلف كره زمين است. قبل از اينكه گاز طبيعي به سيستمهاي انتقال گاز وارد شود از تركيبات گوگرد و اجزايي با وزن مولكولي بالا , نيتروژن , گازهاي اسيدي و مايعات هيدروكربني وآب از گاز جدا مي شود.


جدول 2 : تركيب درصد اجزاي مختلف گاز طبيعي در نقاط مختلف كره زمين
​

4- سوختهاي منشاء زيستي (Biofuel)

بيومس(Bio-mass) و بيومتر(Bio-matter) مفهوم عام مواد آلي هستند كه از ارگانيسم هاي زنده گرفته
شده كه شامل گياهان دريايي وزميني وهم چنين حيوانات و باقيمانده موجودات زنده مي شوند. تخمين زده مي شود كه حدود 150 گيگاتن از سبزيجات و گياهان بيو در هر سال توليد مي شود.

با توجه به محتوي انرژي بالاي مواد بيومس، اين مواد را مي توان جزو منابع مهم انرژي هاي تجديدپذير دانست. انرژي اين مواد از چند روش قابل استحصال است.

- سوختن مستقيم
- تبديل به بيو گاز توسط پيروليز
- تبديل به اتانول توسط تخمير
- تبديل شدن به متانول يا آمونياك
- تبديل شدن به هيدروكربنهاي مايع
منبع ديگر سوختهاي بيو(Bio-Fuel) زباله هاي شهري است.
5- توليد هيدروژن از انرژي خورشيدي ، آب و باد

از آنجائيكه هيدروژن براي حمل ونقل و انبار سازي دراز مدت با چگالي اي بيش از چگالي گاز در حالت مايع قابل استفاده است، مي تواند اتكاي بشر به سوخت هاي فسيلي را جايگزين نمايد. هيدروژن را مي توان از سيستم هاي فوتوالكتروشيميائي كه هيدروژن و اكسيژن را مستقيمأ از آب توليد مي كنند، بدست آورد. يكي از موفقيت هاي جديد در اين زمينه به توجه ويژه اي نياز دارد زيرا كه نقش كلروفيل در فوتوسنتز را با كمك ذرات دي اكسيدتيتانيوم روكش شده با رنگ هايي با پايه روتينيم را كه در برابر فوتوسنتز حساس مي باشد، تقليد مي كند.

بهر حال، در اين مورد و ساير تحقيقات فوتوالكتروشيميائي جاري هنوز نياز به پيشرفت بسيار زيادتري احساس مي شود تا كارآ ئي مكانيزم ها افزايش پيدا كند و مسئله خرابي و تجزيه را كه هنوز در فصل مشترك جامد مايع مزاحمت ايجاد مي كند، حل كند. الكتروليز آب با كمك انرژي برق بطور كامل آزمايش شده است و ساده ترين روش براي بدست آوردن هيدروژن است.

مي توان تصور كرد كه كشورهاي نيمكره شمالي امكانات بالقوه انرژي خورشيدي ملي خود را نسبتا زودتر ازكشورهاي جنوب بكار بگيرند و پس از آن زمان مايل به وارد كردن انرژي هاي تجديدپذير باشند. احتمالا ساده ترين راه واردات انرژي هاي تجديدپذير همين هيدروژن خورشيدي است. در اين سيستم كه يك پروژه مشترك آلماني و كانادائي است، الكتروليز آب بوسيله هيدروالكتريسيته انجام مي گيرد. هيدروژن توليد شده در كانادا با كشتي به اروپا حمل مي شود و در اروپا ذخيره شده و به طرق مختلف به مصرف مي رسد. در حال حاضر تنها سازمانهاي هوا فضائي هستند كه از انرژي ذخيره شده در هيدروژن استفاده مي كنند.

دو مشكل اصلي كه بر سرراه استفاده از انرژي باد موجود است عبارتند از:

• به علت نامنظم و غيردائمي بودن وزش باد بايد انرژي به دست آمده را به طريقي ذخيره نمود.
• انرژي موجود باد بسيار پراكنده است به طوري كه وسعت زمين لازم برابر بدست آوردن انرژي از باد پنج برابر وسعت زمين لازم براي بدست آوردن همان مقدار انرژي از خورشيد به وسيله سلول هاي خورشيدي مي باشد.

يعني مواقعي كه باد نمي وزد و يا سرعت آن كم است نبايد در توليد جريان برق و ولتاژ آن اختلالي پيش بيايد و لذا بدين منظور بايد يك منبع ذخيره برق به صورت باطري هاي متعدد موجود باشد ابتدا جريان برق توليد شده توسط ژنراتور بادي آن را شارژ نموده و سپس اين منبع جريان مستقيم به وسيله دستگاهي به جريان متناوب با ولتاژ جريان و فركانس منظم تبديل شود و مورد استفاده قرار بگيرد.

برخي از ويژگي هاي انرژي هاي تجديد پذير (نوين):

-اين انرژي ها بطور وسيع توزيع شده و نسبتاً پراكنده هستند.

- از نظر تجاري هنوز بطور جزئي توسعه يافته اند. مصرف كنندگان چنين انرژي هايي با شرايط متفاوتي روبرو هستند.

- اين منابع اساساً نامحدود هستند لكن با درك موجود، گران و غيرقابل اعتماد تلقي مي شوند.

- اغلب آنها از نظر زيست محيطي بي خطر بوده يا مي توانند بي خطر باشند
نتیجه اخلاقیش:

هر چیزی دیدی بهش دست نزن..خطر داره جوجو..

​

 

[اشکان فروتن]

سند راهبرد ملي توسعه فن آوري پيل سوختي كشور
هيئت محترم وزيران در جلسه مورخ 3/4/1386 بنا به پيشنهاد شماره 66892/35/100 مورخ 8/11/1384 وزارت نيرو و به استناد اصل يکصد و سي و هشتم قانون اساسي جمهوري اسلامي ايران سند راهبرد ملي توسعه فناوري پيل سوختي کشو را به صورت ذيل تصويب کرد:
به استناد بند نهم سياستهاي کلي قانون برنامه چهارم توسعه اقتصادي، اجتماعي و فرهنگي جمهوري اسلامي ايران و بنا به پيشنهاد كميته راهبري پيل‌ سوختي[1] ، سند حاضر به منظور توسعه نظام‌مند فناوري پيل سوختي در کشور ارايه مي‌گردد. اين سند که بر مبناي مطالعات � امکان سنجي ـ تحليل جذابيت پيل سوختي و تدوين استراتژي توسعه فناوري آن در کشور� تهيه شده است، به عنوان سند بالادستي براي کليه برنامه‌هاي بخشي و فرابخشي اين حوزه فناوري تلقي مي‌شود.

اختصارات​

در اين سند، مطالعات � امکان‌سنجي ـ تحليل جذابيت پيل سوختي و تدوين استراتژي توسعه فناوري آن در کشور� که به مدت دو سال در کميته راهبري پيل سوختي انجام پذيرفته است به اختصار � مطالعات مبنا� ناميده مي‌شود.

​

مقدمه​

رشد روزافزون استفاده از منابع تجديدناپذير فسيلي، محدوديت اين منابع و مشکلات زيست محيطي ناشي از بکارگيري آنها سبب توجه جدي جهانيان به تنوع بخشي و بهره‌گيري از منابع جديد انرژي با استفاده از روشهاي پايدار، ايمن و سازگار با محيط زيست شده است. در اين ميان با توجه به ويژگيهاي خاص هيدروژن، پيش‌بيني مي‌شود که بخش عمده‌اي از انرژي موردنياز نسلهاي آتي از اين ماده تأمين شود به گونه‌اي که صاحب‌نظران، عصر آتي را متعلق به هيدروژن و فناوريهاي مربوط به آن مي‌دانند. [2] فناوري پيل سوختي که در آن هيدروژن طي واکنش شيميايي با اکسيژن به الکتريسيته و حرارت تبديل مي‌شود، يکي از بهترين گزينه‌هاي توليد انرژي الکتريکي در آينده محسوب مي‌گردد. از مزاياي اين فناوري مي‌توان به موارد ذيل اشاره نمود [3] :

الف ـ راندمان بالا نسبت به فناوري رقيب.​

ب ـ دامنه گسترده توليد توان از نانو وات تا چندين مگاوات.​

ج ـ کاربرد گسترده در صنايع مختلف نظير برق، حمل و نقل، اطلاعات و ارتباطات، نظامي، هوافضا و لوازم خانگي.​

د ـ امکان تغذيه از سوختهاي مختلف فسيلي و تجديدپذير.​

هـ ـ توليد ناچيز آلاينده‌هاي زيست محيطي.​

و ـ امکان استفاده همزمان از انرژي الکتريکي و حرارتي.​

اهميت هيدروژن و فناوري پيل سوختي به حدي است که بسياري از کشورهاي جهان را به فعاليتهاي گسترده تحقيق و توسعه و برنامه‌ريزي درازمدت در اين زمينه واداشته است. در اين رابطه مي‌توان به تلاشهاي گسترده کشورهاي ژاپن، آمريکا و اتحاديه اروپا به عنوان سه قطب اصلي توسعه اين فناوري و فعاليتهاي جداگانه و گروهي کشورهاي در حال توسعه نظير چين، کره جنوبي، هند و برزيل اشاره کرد [4] . اخيراً پانزده کشور جهان(2) به همراه کميسيون اروپا که در مجموع داراي هشتاد و پنج درصد (85%) توليد ناخالص(3) جهاني، سه ميليارد و پانصد ميليون نفر جمعيت و مصرف بيش از هفتاد و پنج درصد (75%) انرژي الکتريکي جهان مي‌باشند، با تشکيل اتحاديه‌اي، همکاريهاي بين‌المللي را در زمينه توسعه فناوريهاي مرتبط با هيدروژن شدت بخشيده‌اند؛ لذا انتظار مي‌رود که فناوري پيل سوختي تأثير شگرفي بر بازار جهاني انرژي و الگوي مصرف آن داشته باشد. از سوي ديگر دستيابي به جايگاهي مناسب براي کشور در اين فناوري به دلايل زير امکان‌پذير مي‌باشد[5] .

​

الف ـ وجود منابع عظيم گازطبيعي که در حال حاضر يکي از مهمترين منابع استحصال هيدروژن بوده و همچنين قابليت استفاده مستقيم در پيل سوختي را نيز دارد.​

ب ـ برخورداري کشور از پتانسيل مناسب نيروي انساني متخصص.​

ج ـ وجود سابقه، تجربه و توان علمي در تبديل و فرآورش سوختهاي فسيلي.​

د ـ وجود زيرساختهاي توليد و توزيع گازطبيعي در کشور که بستر را براي بکارگيري فناوري پيل سوختي در سطح گسترده فراهم مي‌آورد.​

هـ ـ وجود منابع مناسب انرژيهاي تجديدپذير نظير باد، خورشيد و زمين گرمايي با قابليت استحصال هيدروژن.​

و ـ جديد بودن فناوري و فاصله (شکاف) تکنولوژيک نه چندان زياد کشور با کشورهاي پيشرفته جهان.​

ز ـ در دسترس بودن بازارهاي بالقوه فناوري پيل سوختي در صنايع حمل و نقل و نيروگاه در دهه‌هاي آتي و ايجاد و توسعه بازارهاي جديد مصرف گاز طبيعي.​

​

در اين ميان با توجه به پيچيدگي و بين رشته‌اي بودن فناوري پيل سوختي و کاربردهاي مختلف آن در صنايع و تأثيرات مختلف آن بر اقتصاد انرژي، محيط زيست، حمل و نقل و صنايع بزرگ و اساسي کشور، توسعه اين فناوري نگاهي ملي و فرابخشي را ايجاد مي‌کند. به همين دليل و به منظور سياستگذاري متمرکز و فرابخشي، جهت‌دهي و هماهنگي فعاليتهاي توسعه فناوري و تخصيص بهينه منابع، سند راهبرد ملي توسعه فناوري پيل سوختي کشور به شرح ذيل تصويب مي‌گردد.

 

[اشکان فروتن]

چشم‌انداز​

با اتکا به خداوند متعال و در راستاي تحقق چشم‌انداز بيست ساله کشور و با تلاش نظام‌مند ذي‌نفعان اين فناوري در يک دوره پانزده (15) ساله، جمهوري اسلامي ايران بر مبناي شاخصهاي بين‌المللي توسعه فناوري(4)، جزء پنج کشور توسعه يافته، توانمند و صاحب فناوري قاره آسيا و اولين کشور منطقه در زمينه طراحي، توليد، ارتقاء و بکارگيري فناوري پيلهاي سوختي راهبردي(5) خواهدشد. [6] تحقق چشم‌انداز فوق منافع و دستاوردهاي زير را براي کشور به همراه خواهدداشت.

​

الف ـ کمک به توسعه پايدار در بخش انرژي از طريق کاهش مخاطرات اجتماعي و زيست‌محيطي ناشي از افزايش رشد مصرف انرژيهاي فسيلي در کشور.
​

ب ـ افزايش پايداري، امنيت، پيک‌سايي و تنوع بخشي شبکه انرژي کشور از طريق کاربرد فناوري پيل سوختي در توليد غيرمتمرکز انرژي الکتريکي.
​

ج ـ کاهش آلودگي محيط زيست به ويژه در شهرهاي بزرگ از طريق کاربرد فناوري پيل سوختي در حمل و نقل، تأمين برق، سرمايش و گرمايش شهري.
​

د ـ صيانت از منابع انرژي فسيلي کشور و بهره‌برداري از اين منابع با راندمان بالاتر. هـ ـ کمک به ايجاد و توسعه بازارهاي جديد داخلي و خارجي منابع گاز طبيعي کشور.
​

و ـ حرکت به سوي اقتصاد دانايي محور با حضور در زنجيره تأمين و بازارجهاني فناوري پيلهاي سوختي راهبردي و فناوريهاي کليدي آن با تأکيد بر مزيتهاي رقابتي و شايستگي‌هاي محوري بنگاههاي اقتصادي کشور.
​

ز ـ همسويي با الزامات زيست محيطي جهاني و آمادگي ورود به عصر هيدروژن و ايجاد امکان بهره‌گيري مستمر و مؤثرتر از منابع تجديدپذير انرژي با استفاده از مولدهاي پيل سوختي.​

​

اهداف کلان​

الف ـ طراحي، توليد و ارتقاء فناوري پيلهاي سوختي راهبردي در بازارهاي رقابتي داخل و خارج از کشور با رعايت اولويتهاي بازار تقاضا.
​

ب ـ بسط و توسعه سرمايه‌گذاري در صنعت توليد پيلهاي سوختي راهبردي و فناوريهاي کليدي آن با تأکيد بر نقش بخش خصوصي، تکيه بر مزيتهاي رقابتي، ايجاد اشتغال و رويکرد صادرات (تحريک طرف عرضه).
​

ج ـ ايجاد و گسترش ظرفيتهاي بکارگيري و بهره‌برداري از فناوري پيلهاي سوختي راهبردي در داخل و خارج از کشور با ايجاد و بهره‌گيري از ساز و کارهايي نظير احتساب هزينه‌هاي واقعي توليد انرژي، توسعه بازارهاي ويژه(6) در کشور و وضع قوانين موردنياز (تحريک طرف تقاضا).​

​

سياستهاي کلان​

الف ـ حداکثر استفاده از توانمنديها و قابليتهاي داخلي بويژه توانمنديهاي بخش خصوصي با تأکيد بر نقش حمايتي دولت.​

ب ـ تمرکز در سياستگذاري با رويکرد ملي و فرابخشي و هماهنگي و نظام‌مندي در اجرا.​

ج- تأکيد برهمکاري، تعامل و مشارکت بين‌المللي در توسعه نظام‌مند فناوري پيلهاي سوختي راهبردي.​

د ـ هماهنگي با راهبردهاي کلان و اقدامات بخش انرژي و انرژيهاي تجديدپذير در کشور.​

هـ ـ توسعه بهره‌گيري از پيلهاي سوختي در کشور و کاربري کردن آن در بخشهاي اقتصادي و توليدي.​

​

راهبردها[7]
الف ـ توسعه فناوري پيلهاي سوختي راهبردي � غشا پليمري تبادل يوني�(7) و � اکسيد جامد�(8) و فناوري کليدي(9) آنها از طريق تحقيقات پايه، کاربردي و توسعه‌اي.
​

ب ـ توسعه فناوريهاي مربوط به مبدلهاي گازطبيعي به هيدروژن و ذخيره‌سازي هيدروژن.
​

ج ـ کمک به ايجاد و توسعه بازارهاي داخلي و نفوذ در بازارهاي بين‌المللي پيل سوختي با کاربرد حمل و نقل و توليد برق با شروع از بازارهاي زودهنگام(10) مولدهاي خانگي با پيل سوختي غشاء پليمري تبادل يوني.
​

د ـ توسعه و تکميل نظام ملي نوآوري(11) پيل سوختي در کشور شامل محورهاي زير:

1ـ توسعه منابع انساني موردنياز براي بکارگيري در فرآيند توسعه فناوري پيلهاي سوختي راهبردي.
2ـ هدايت و حمايتهاي مادي و معنوي از تحقيقات و نوآوري پيلهاي سوختي راهبردي.
3ـ آگاه‌سازي و ترويج(12) و اطلاع‌رساني عمومي درخصوص منافع و مزاياي فناوري پيل سوختي.
4ـ تدوين استانداردها، تعيين معيارها و ضوابط فني و کيفي و بسترهاي حقوقي موردنياز جهت تسهيل فرآيند نوآوري در فناوري پيلهاي سوختي راهبردي و فناوريهاي کليدي آن.
5 ـ تعامل بين‌المللي، تشکيل و مشارکت در کنسرسيومهاي فناوري(13) توسعه فناوري پيل سوختي به منظور کاهش ريسک و هزينه‌هاي تحقيقاتي.
6 ـ هدايت و حمايتهاي مادي و معنوي براي شکل‌گيري و توسعه صنايع رقابت‌پذير در زمينه فناوري پيل سوختي با تأکيد بر نقش بخش خصوصي.
7ـ تمهيد و تسهيل منابع مالي موردنياز توسعه فناوري پيلهاي سوختي راهبردي و فناوريهاي کليدي آن.
8 ـ تنظيم قوانين و مقررات موردنياز توسعه فناوري پيلهاي سوختي راهبردي و ظرفيت‌سازي بکارگيري آن در کشور.
9ـ توسعه کاربردي کردن فناوريهاي پيل سوختي در صنايع حمل و نقل و صنايع مرتبط.
10ـ تشويق و تقويت صادرات و بازاريابي خارجي.​

 

[اشکان فروتن]

اقدامات [8]​

اقدامات مجموعه‌اي از طرحها و برنامه‌هاي اجرايي است که به تحقق راهبردها و دستيابي به اهداف کمک مي‌نمايد. اين اقدامات شامل سه دوره زماني کوتاه مدت (1390 ـ 1386) ، ميان مدت (1395 ـ 1391) و بلندمدت (1400 ـ 1396) مي‌باشد. با توجه به چرخه عمر فناوري(14) پيل سوختي و عدم وجود شرايط مناسب براي حضور مؤثر بخش خصوصي، عمده اقدامات کوتاه مدت و ميان‌مدت بر عهده دولت بوده و در دوره بلند مدت با بسترسازي و تشويق و استفاده از سياستهاي تحريک عرضه و تقاضا، تحقيقات توسعه‌اي و بکارگيري فناوري در صنعت به بخش خصوصي واگذار خواهدشد. ضمناً در صورت نياز، هر يک از اقدامات مي‌توانند در دوره‌هاي بعدي نيز تکرار شوند.​

​

اقدامات کوتاه مدت [9]

هدف دوره: سياست‌گذاري(15)، انجام فعاليتهاي تحقيق و توسعه، آگاه‌سازي و ترويج فناوري.​

الف ـ تأسيس ستاد توسعه پيل سوختي.
​

ب ـ تدوين و پيشنهاد قوانين و مقررات مربوط به حمايت از توسعه فناوري پيل سوختي در کشور.
​

ج ـ کمک به ايجاد تشکلهاي علمي، صنفي و غيردولتي(16) حامي توسعه فناوري پيل سوختي.
​

د ـ تأسيس و راه‌اندازي مرکز توسعه فناوري پيل سوختي با اخذ مجوزهاي قانوني مرتبط.
​

هـ ـ تأسيس صندوق حمايت از توسعه فناوري پيل سوختي به صورت مجزا با صندوق حمايـت از بهره‌وري انرژي و انـرژيهاي تجـديدپذير با اخـذ مجوزهاي قانوني مربوط.و ـ تسلط بر فناوري طراحي و يکپارچه‌سازي(17) سيستم پنج کيلوواتي پيل سوختي غشاء پليمري تبادل يوني و توليد نمونه آن.
​

ز ـ تسلط بر فناوري طراحي و ساخت تک پيل(18) و توليد نمونه کوچک توده پيل سوختي اکسيدجامد.
​

ح ـ تسلط بر فناوري طراحي و ساخت مبدل گاز طبيعي به هيدروژن و توليد نمونه آن.
​

ط ـ تسلط بر فناوري طراحي و ساخت مخزن ذخيره هيدروژن و توليد نمونه آن.
​

ي ـ خريد، نصب و بهره‌برداري چندنمونه از سيستمهاي مختلف پيل سوختي.
​

ک ـ توسعه پايگاه اطلاع‌رساني و انتشار بولتن خبري تحولات فناوري پيل سوختي در جهان و کشور.
​

ل ـ استمرار مطالعات راهبردي موردنياز درخصوص فناوري پيل سوختي.
​

م ـ تدوين برنامه‌هاي عملياتي موردنياز براي عملي نمودن اقدامات.
​

ن ـ تربيت و جذب نيروي انساني متخصص موردنياز اقدامات و برنامه‌هاي عملياتي.
​

س ـ برگزاري دوره‌هاي مشترک آموزشي با مراکز معتبر بين‌المللي.
​

ع ـ حمايت از پايان‌نامه‌هاي کارشناسي ارشد و دکتري مرتبط با پيلهاي سوختي راهبردي و فرآورش سوخت(19).
​

ف ـ حمايت از دستاوردهاي مبتکران و مخترعان فناوري پيلهاي سوختي راهبردي.
​

ض ـ مشارکت در کنسرسيومهاي فناوري بين‌المللي.
​

ق ـ توليد نرم‌افزارهاي طراحي و ساخت پيلهاي سوختي راهبردي و فناوريهاي کليدي آنها.
​

ر ـ حمايت از پروژه‌هاي تحقيقاتي به منظور بهره‌گيري از پيل سوختي در صنايع نيروگاهي، حمل و نقل و کاربردهاي صنعتي.​

​

اقدامات ميان مدت [10]​

هدف دوره: ادامه فعاليتهاي تحقيق و توسعه، آگاه‌سازي و ترويج، ايجاد زيرساختهاي لازم جهت توسعه فناوري

الف ـ مطالعه و انتخاب سيستم بهينه فرآورش سوخت جهت استفاده در خودرو.
​

ب ـ طراحي و ساخت سيستم ده و بيست و پنج کيلوواتي پيل سوختي غشاء پليمري تبادل يوني و توليد نمونه‌هايي که در کاربردهاي مولدهاي خانگي و حمل و نقل موردآزمايش قرار گيرند.
​

ج ـ تسلط بر فناوري طراحي و يکپارچه‌سازي سيستم پنج کيلوواتي پيل سوختي اکسيد جامد و توليد نمونه آن.
​

د ـ تدوين استاندارد توليد، توزيع و بهره‌برداري از هيدروژن و پيل سوختي با همکاري مؤسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران.
​

هـ ـ راه‌اندازي مراکز رشد فناوري پيل سوختي.
​

و ـ ايجاد ساز و کارهاي حمايت از مالکيت معنوي(20) نوآوريها و اختراعات فناوري پيل سوختي با همکاري سازمان ثبت اسناد و املاک کشور.​

 

[اشکان فروتن]

اقدامات بلندمدت [11]​

هدف دوره: ادامه فعاليتهاي تحقيق و توسعه، آگاه‌سازي و ترويج، شروع بکارگيري(21) فناوري

الف ـ توليد و بکارگيري سيستم ده کيلوواتي پيل سوختي غشاء پليمري تبادل يوني در کاربرد مولدهاي خانگي متناسب با حجم بازار هدف.
​

ب ـ توليد و بکارگيري سيستم بيست و پنج کيلوواتي پيل سوختي غشاء پليمري تبادل يوني در مصارف حمل و نقل عمومي و ويژه.
​

ج ـ طراحي و ساخت سيستم پنج و ده کيلوواتي پيل سوختي اکسيد جامد. د ـ اجراي پروژه‌هاي بهينه‌سازي(22) و کاهش قيمت تمام‌شده پيلهاي سوختي راهبردي به منظور دستيابي به چشم‌انداز تعيين شده.

​

هـ ـ ايجاد ساز و کارهاي مختلف انگيزشي ـ حمايتي از بنگاههاي اقتصادي توليدکننده پيل سوختي و فناوريهاي کليدي آن.
​

و ـ اعطاي معافيتهاي مالياتي براي بنگاههاي اقتصادي توليدکننده پيلهاي سوختي راهبردي و فناوريهاي کليدي آن، با اخذ مجوزهاي قانوني مربوط و رعايت دستورالعملها و آيين‌نامه‌هاي ذي‌ربط.
​

ز ـ اعطاي تسهيلات بانکي با شرايط مناسب جهت سرمايه‌گذاري موردنياز براي اجراي طرحهاي توسعه‌اي فناوري پيلهاي سوختي راهبردي با رعايت قوانين و مقررات مربوطه. ح ـ تدوين دستورالعمل خريد انرژي الکتريکي از واحدهاي خصوصي توليدکننده انرژي الکتريکي که از طريق پيلهاي سوختي راهبردي توليد انرژي مي‌کنند.
​

ط ـ تأمين نود مگاوات توان الکتريکي سيستم انرژي کشور به صورت غيرمتمرکز و با استفاده از نيروگاههاي پيل سوختي تا سال 1400 هجري شمسي. [12]
​

ي ـ تدوين مقررات استفاده از سيستم محرکه پيل سوختي در مصارف حمل و نقل. ک ـ توليد و بهره‌برداري از صد دستگاه خودروي حمل و نقل عمومي در سطح کلان شهرهاي کشور با استفاده از سيستم محرکه پيل سوختي، غشاء پليمري تبادل يوني تا سال 1400 هجري شمسي.​

​

ترتيبات اجرايي [13]​

به منظور تحقق اهداف اين سند، ترتيبات اجرايي مطابق نمودار و شرح ذيل خواهدبود:

الف ـ تأسيس ستاد توسعه پيل سوختي با رياست معاون اول رييس جمهور و با عضويت وزراي نيرو (دبير ستاد)، صنايع و معادن، نفت، علوم، تحقيقات و فناوري، دفاع و پشتيباني نيروهاي مسلح، وزارت جهاد کشاورزي، مسکن و شهرسازي، رؤساي سازمان مديريت و برنامه‌ريزي، سازمان حفاظت محيط زيست، دفتر همکاريهاي فناوري رياست جمهوري و سازمان انرژيهاي نو ايران.
​

ب ـ تأسيس کميته راهبري پيل سوختي زير نظر ستاد توسعه پيل سوختي مرکب از معاونين ذي‌ربط اعضاي ستاد به علاوه پژوهشکده مهندسي وزارت جهاد کشاورزي و دو نفر از خبرگان دانشگاه و صنعت با انتخاب ستاد توسعه پيل سوختي به منظور راهبري و نظارت بر اقدامات توسعه فناوري پيل سوختي و ايجاد و فعالسازي دبيرخانه ستاد توسعه پيل سوختي که در وزارت نيرو تشکيل مي‌گردد.
​

ج ـ تأسيس مرکز توسعه فناوري پيل سوختي زير نظر کميته راهبري با مأموريت مديريت فناوري و تحقيقات توسعه فناوري پيل سوختي و در صورت لزوم به تشخيص کميته راهبري انجام بخشهايي خاص از تحقيقات و اقدامات موردنياز.
​

د ـ کميته راهبري مسئوليت نظارت و پيگيري اجراي دقيق و کامل مفاد اين سند را به عهده دارد.
​

هـ ـ اعتباراتي که از بودجه عمومي به امر توسعه پيل سوختي تخصيص مي‌يابد در اختيار دستگاه اجرايي که متصدي تشکيل دبيرخانه ستاد مي‌باشد قرار مي‌گيرد. پس از اخذ مجوزهاي قانوني و در چارچوب سند راهبرد ملي توسعه فناوري پيل سوختي با رعايت قوانين و مقررات مربوطه مطابق با برنامه‌هاي تصويب‌شده در ستاد و يا کميته راهبري هزينه خواهدشد.
​

و ـ برنامه‌هاي عملياتي و دستور کار جلسات ستاد و کميته راهبري توسط دبيرخانه و با همکاري دستگاههاي مرتبط تهيه و پس از تأييد کميته راهبري، جهت تصويب به ستاد توسعه پيل سوختي ارايه خواهدشد.
​

ز ـ کميته راهبري، مسئوليت بررسي طرحها و برنامه‌هاي بخشي و فرابخش و نظارت بر اجراي صحيح اقدامات را بر عهده دارد.
​

ح ـ با توجه به روند سريع تحولات فناوري پيل سوختي و الزامات جديد جهاني، هر دو سال يکبار و در صورت تشخيص کميته راهبري و تأييد ستاد توسعه پيل سوختي سند حاضر مورد بازبيني و تجديدنظر قرار مي‌گيرد.​

 

[اشکان فروتن]

سند راهبرد ملي توسعه فن آوري پيل سوختي كشور (5)

سند راهبرد ملي توسعه فن آوري پيل سوختي كشور (5)

مراجع​

1] ]مطالعات مبنا در تاريخ 1/6/1381 آغاز گرديده و در 1/6/1383 پايان پذيرفته است. مستندات مطالعات در سه مرحله و بيست و يک فاز و در دوهزار و نهصد صفحه در دبيرخانه کميته راهبري پيل سوختي موجود مي‌باشد.​

[2] مطالعات مبنا، مرحله اول، فاز دو.​

[3] مطالعات مبنا، مرحله اول، فاز يک و مرحله دوم، گزارش يک، ضميمه يک.​

[4] مطالعات مبنا، مرحله اول، فاز سه و مرحله سوم، فصل يک.​

[5] مطالعات مبنا، مرحله اول، فاز هفت.​

[6] مطالعات مبنا، مرحله اول، فازهاي چهار و هفت.​

[7] مطالعات مبنا، مرحله دوم، گزارشات دو و سه و مرحله اول، فازهاي پنج و شش.​

[8] مطالعات مبنا، مرحله سوم، فصل دو.​

[9] مطالعات مبنا، مرحله سوم، فصل دو.​

[10] مطالعات مبنا، مرحله سوم، فصل دو.​

[11] مطالعات مبنا، مرحله سوم، فصل دو.​

[12] مطالعات مبنا، مرحله اول، فاز هفت.​

[13] مطالعات مبنا، مرحله سوم، فصل دو.​

1. اعضاي اين كميته عبارتند از : معاونت انرژي وزارت نيرو، دفترهمكاريهاي فناوري رياست‌جمهوري، سازمان گسترش و نوسازي صنايع ايران (به نمايندگي از وزارت صنايع)، سازمان مديريت و برنامه‌ريزي ، سازمان حفاظت محيط‌زيست، سازمان انرژي‌هاي نو ايران (وابسته به وزارت نيرو)، پژوهشگاه صنعت نفت و سازمان بهينه‌سازي مصرف سوخت (به نمايندگي از وزارت نفت)، توانير، مركز گسترش فناوري اطلاعات، سازمان‌ پژوهشهاي علمي و صنعتي ايران (به نمايندگي از وزارت علوم، تحقيقات و فناوري) و شركت‌هاي خصوصي فعال در اين بخش نظير كارخانجات خودروسازي ايران‌خودرو ، سايپا و مركز تحقيقات زيست‌محيطي دانا

 

[اشکان فروتن]

كميته راهبردي پيل سوختي و هيدروژن پژوهشگاه

رييس تشكيلات:​

دكتر محمد تيموري​

مدير پژوهش انرژي و محيط زيست​

شماره تماس: 44739772-021​

دورنگار: 44739728-021​

پست الكترونيك: teymourim@ripi.ir​

آدرس: تهران - بلوار دهکده المپيک - بلوار ورودي غربي استاديوم آزادي - پژوهشگاه صنعت نفت ​

​

​

​

دبير كميته:​

دكتر مصطفي دهقاني مباركه​

پژوهنده ارشد​

شماره تماس: 55209354-021​

دورنگار: 55209354-021​

پست الكترونيك: dehghanim@ripi.ir​

آدرس: تهران - جاده قديم قم - سه راه خيرآباد - بلوار پژوهشگاه - پژوهشگاه صنعت نفت​

​

​

​

​

​

 

[اشکان فروتن]

تجهیزات تکنولوژی پیل های سوختی

• سيستم هاي تست راكتوري كاتاليست
• سيستم تست غشاء در دما و فشار بالا
• Homogenizer High Power Ultrasonic هموژنايزر اولتراسونيک پر قدرت
• Ultrasonic Bath حمام اولتراسونيك
• پرس گرم
• CNC
• پتانسيواستات- گالوانواستات Potentiostatic-Galvanostatic
• ميکروسکوپ الکتروني روبشي با قابليت آناليز تصويرScanning Electron Microscopy with EDX and Image Analyzer
• پراش سنج پودري اشعه ايکس Diffractometer Powder X-Ray
• طيف سنج فلورسانس اشعه ايکس Fluorescence Spectrometer X-Ray
• طيف سنج جذب اتمي Absorption Spectrometer Atomic
• دستگاه آناليز عنصري Elemental Analyzer
• کروماتوگراف گازي Chromatograph Gas
• کروماتوگراف گازي- طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريهGas Chromatography-Fourier Transform Infrared Spectroscopy
• کروماتوگراف گازي - طيف سنج جرمي Chromatography - Mass Spectrometry Gas
• کروماتوگرافي مايع با کارايي بالا Performance Liquid Chromatography High
• کروماتوگرافي يونيChromatography Ion
• ميکروسکوپ الکتروني روبشي Microscope Scanning Electron
• سيستم اندازه گيري تخلخل و مساحت سطح Accelerated surface Area & Porosimetry System
• سيستم اندازه گيري دفع و جذب برنامه ريزي و جذب اکسيژن Temperature Programmed Desorption and Reduction and Oxidation
• اندازه گيري سطح ويژه به روش بت BET Surface Area
• دستگاه اندازه گيري حجم تخلخل (حفرات) با جيوه Pore Volume by Hg
• اندازه گيري قطر ذرات در حالت ديناميک Particle Dynamics Analysis
• کوره الکتريکي با قابليت برنامه ريزي و کنترل دما Furnace Electric Programmeable
• آون هيبريداسيون Hybridation Oven
• سانتريفوژ Centrifuge
• کاريمتر روبشي تفاضلي Scanning Calorimetry Differential
• تجزيه وزن سنجي گرمايي Thermo Gravimetric Analysis

 

[اشکان فروتن]

لینک های مفید

• سایت کمیته ملی پیل سوختی
• نشریه هیدروژن و پیل سوختی
  
• اخبار پیل های سوختی
• فرصت های پیل های سوختی ، محصولات، دایرکتوری صنعت ، اخبار وغیره
• PEM پیل های سوختی و تکنولوژی هیدروژن برای آموزش
  
• پیل های سوختی در آلمان

 

[mimshimi1386]

پیل های سوختی

تاريخچه پیل سوختی

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 انگلیسی سرویلیام گرو بر مي‌گردد. او اولين پيل‌سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.
واژه "پيل‌سوختي" در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف مي‌کرد، ساختند. تلاش‌هاي متعددي در اوايل قرن بيستم در جهت توسعه پيل‌سوختي انجام شد که به دليل عدم درک علمي مسئله هيچ يک موفقيت آميز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.
فصلي ديگر از تاريخچه تحقيقات پيل‌سوختي توسط فرانسيس بيكن از دانشگاه كمبريج انجام شد. او در سال 1932 بر روي ماشين ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسياري انجام داد. اين اصلاحات شامل جايگزيني كاتاليست گرانقيمت پلاتين با نيكل و همچنين استفاده از هيدروكسيدپتاسيم قليايي به جاي اسيد سولفوريك به دليل مزيت عدم خورندگي آن مي‌باشد. اين اختراع كه اولين پيل‌سوختي قليايي بود، “Bacon Cell” ناميده شد. او 27 سال تحقيقات خود را ادامه داد تا توانست يك پيل‌سوختي كامل وكارا ارائه نمايد. بيكون در سال 1959 پيل‌سوختي با توان 5 كيلووات را توليد نمود كه مي‌توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.

تحقيقات جديد در اين عرصه از اوايل دهه 60 میلادی با اوج گيري فعالیت‌های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مركز تحقيقات ناسا در پي تامين نيرو جهت پروازهاي فضايي با سرنشين بود. ناسا پس از رد گزينه‌هاي موجود نظير باتري (به علت سنگيني)، انرژي خورشيدي(به علت گران بودن) و انرژي هسته‌اي (به علت ريسك بالا) پيل‌سوختي را انتخاب نمود.
تحقيقات در اين زمينه به ساخت پيل‌سوختي پليمري توسط شركت جنرال الكتريك منجر شد. ایالات متحده فن‌آوری پیل سوختی را در برنامه فضايي Gemini استفاده نمود كه اولين كاربرد تجاري پيل‌سوختي بود.
پرت و ويتني دو سازنده موتور هواپیما پيل‌سوختي قليايي بيكن را به منظور كاهش وزن و افزايش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضايي آپولو به كار بردند. در هر دو پروژه پيل‌سوختي بعنوان منبع انرژي الكتريكي براي فضاپيما استفاده شدند. اما در پروژه آپولو پيل‌هاي سوختي براي فضانوردان آب آشاميدني نيز توليد مي‌كرد. پس از کاربرد پيل‌هاي سوختي در اين پروژه‌ها، دولت‌ها و شركت‌ها به اين فن‌آوري جديد به عنوان منبع مناسبي براي تولید انرژي پاك در آينده توجه روزافزوني نشان دادند.
از سال 1970 فنآوري پيل‌سوختي براي سيستم‌هاي زميني توسعه يافت. تحريم نفتي از سال1973-1979 موجب تشديد تلاش دولتمردان امريكا و محققين در توسعه اين فن‌آوري به جهت قطع وابستگي به واردات نفتي گشت.
در طول دهه 80 تلاش محققين بر تهيه مواد مورد نياز، انتخاب سوخت مناسب و كاهش هزينه استوار بود. همچنين اولين محصول تجاري جهت تامين نيرو محركه خودرو در سال1993 توسط شركت بلارد ارائه شد.
كاربردهاي پيل سوختي نيروگاهي

بازار مولدهای نیروگاهی پیل‌سوختی بسیار گسترده است و کاربردهای دولتی، نظامی و صنعتی را شامل می‌شود. همچنین به عنوان نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری در مخابرات، صنایع پزشکی، ادارات، بیمارستان‌ها، هتل‌های بزرگ و سیستم‌های کامپیوتری به کار می‌رود.
پیل‌های سوختی نسبتاً آرام و بی‌صدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسبند. علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاه‌ها می‌توان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
این نیروگاه‌ها در مصارف کوچک بازدهی الکتریکی بالایی دارند و همچنین در ترکیب با نیروگاه‌های گاز طبیعی بازدهی الکتریکی آنها به 70-80% می‌رسد.
مزیت دیگر این نیروگاه‌ها عدم آلودگی محیط زیست است. خروجی نیروگاه‌های پیل‌سوختی بخار‌آب می باشد.

نیروگاه‌های پیل سوختی قابلیت استفاده از سوخت‌های مختلف مانند متانول، اتانول، هیدروژن، گاز طبیعی، پروپان و بنزین را دارند و مانند سایر نیروگاه‌ها محدود به استفاده از یک منبع انرژی خاص نیست. از زمانیکه اولین پیل‌سوختی نیروگاهی در دهه 60 تولید گشت، تا کنون در مجموع 650 سیستم کامل با توان بیش از 10 کیلووات (میانگین آن 200 کیلووات است) ساخته شد. تقریباً 90 درصد از این واحدها با گاز طبیعی تغذیه می شود. البته استفاده از سوخت‌های جایگزین نظیر بیوگاز و گاز ذغال نیز پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته است. در این بخش نیروگاه انواع متنوع پیل‌سوختی به کار رفته است. در ابتدا از پیل‌سوختی اسید فسفریک آغاز گردید و سپس پیل‌سوختی پلیمری و پیل‌سوختی کربنات مذاب جایگزین آن گشتند. در حالیکه پیل‌سوختی اکسید جامد در آینده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پیل‌های سوختی نیروگاهی کوچک (زیر 10 کیلووات) نیز رشد قابل ملاحظه‌ای را شاهد بودیم. تعداد این واحدها اکنون به 1900 رسیده است. این سیستم جهت مصارف خانگی و بازارهایی از قبیل UPS ونیروی پشتیبان در اماکن دوردست کاربری دارد. نیمی از محصولات در آمریکای شمالی توسعه یافته است.
در بخش سیستم‌های نیروگاهی کوچک 20 درصد سهم بازار را پیل‌سوختی اکسیدجامد و مابقی را پیل‌سوختی پلیمری تشکیل مي‌‌دهد. بازار پیل‌سوختی کوچک در ژاپن که به مصارف خانگی اختصاص دارد، منحصراً با پیل‌سوختی پلیمری است و امید است تا انتهای سال 2005 محصولات به بازار عرضه گردند.
فروش تعدادی از واحدهای نیروگاهی کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سیستم GenCore شرکت Plug Power می باشد(توان 5 کیلووات، 15000 دلار)
دولت ژاپن حمایت خود از توسعه پیل‌های سوختی نیروگاهی در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شرکت های ژاپنی گاز توکیو و Osaca از بزرگترین شرکت های توسعه دهنده این فن‌آوری می‌باشند.
انواع پيلهاي سوختي

پيلهاي سوختي در انواع زير موجود مي‎باشند:
پيلهاي سوختي اسيدفسفريكي
پيلهاي سوختي پليمري
پيلهاي سوختي اكسيد جامد
پيلهاي سوختي قليايي
پيلهاي سوختي متانولي
مزاياي پيل سوختي چيست؟

راندمان بالا، حداقل نشر آلاينده‎هاي زيست محيطي،امكان استفاده از سوختهاي فسيلي و پاك، مدولار بودن و قابليت توليد همزمان حرارت و الكتريسيته و استفاده در كاربردهاي توليد غيرمتمركز انرژي از جمله مزاياي پيل سوختي مي‎باشند.
روشهاي توليد پيل سوختي

جدیدترین راه تولید پیل سوختی
لوى تامپسون، پرفسور مهندسى شيمى و رئيس تيم تحقيقاتى پيل سوختى جديد در اين مورد چنين مى گويد: «ما به سامانه اى رسيده ايم كه بسيار مشابه سامانه هايى است كه براى توليد ابزارهاى ميكرو الكترونيك مورد استفاده قرار مى گيرد.»
روشى كه پرفسور تامپسون و تيم همكار او به آن رسيده اند، استفاده از ميكروفابريكيشن است. ميكروفابريكيشن خلق ساختارهاى فيزيكي، ابزار و مواد مركبى است كه اجزاى تشكل دهنده آنها در حدود يك ميكرومتر هستند. ميكروالكترونيك ها منبع انرژى كالاهاى بسيار زيادى هستند از كارت تبريك صوتى گرفته تا كامپيوترهاى قابل حمل.
تامپسون يكى از بزرگترين موانع استفاده تجارى و گسترده از پيل هاى سوختى را هزينه بالاى ساخت آن مى داند. براى اينكه از اين منبع در مصارف روزمره استفاده كرد، بايد هزينه توليد آن پايين تر بيايد تا مثلا در يك كامپيوتر قابل حمل مورد استفاده قرار گيرد.
در شيوه معمول كنوني، پيل هاى سوختي، مشابه خودروها توليد مى شوند يعنى قطعات مختلف آنها به صورت جداگانه ساخته مى شوند و سپس روى هم سوار مى شوند تا يك پيل سوختى توليد شود. اين كار گستره بسيار زيادى دارد و علاوه بر هزينه بالاى آن، كه به آن اشاره شد نياز به زمان بسيار زيادى دارد. اما گروه تحقيقاتى تامپسون با استفاده از فرآيند پيشرفته ميكروفابريكيشن، نسل جديد پيل هاى سوختى را مى سازد. اين بار به جاى توليد جداگانه پيل سوختي، آنها به صورت لايه لايه ساخته مى شوند، روشى كه در حال حاضر براى ساخت ابزارهاى ميكروالكترونيك مورد استفاده قرار مى گيرد.
محققان دانشگاه ميشيگان اميدوارند با استفاده از اين فن آورى ارزان قيمت و همچنين استفاده از مواد ارزانتر، قيمت پيل هاى سوختى را از ۱۰ هزار دلار براى هر كيلو وات به ۱۰۰۰ دلار برسانند.
با اين قيمت، پيل هاى سوختى مى توانند با باترى هاى يون لتييوم كه در سطح وسيع مورد استفاده قرار مى گيرند رقابت كنند.
دانشگاه ميشيگان استفاده از ميكروفابريكيشن براى توليد پيل سوختى را دو سال و نيم پيش آغاز كرد. اولين بازار آنها وسايل برقى است، ولى آنها در گام بعدى مى خواهند از پيل هاى سوختى در اتومبيل ها استفاده كنند.
سوخت تازه برای پیل های سوختی
با استفاده از اسیدفرمیك به عنوان سوخت غیرقابل اشتعال در پیل های سوختی محصولات الكترونیكی قابل حمل بدون اتصال به شبكه برق كار می كنند. شركت های BASE و Tekion توسعه دهنده پیل های سوختی مینیاتوری برای محصولات قابل حمل به منظور توسعه اسیدفرمیك به عنوان سوخت برای فناوری پیل سوختی Tekion تفاهم نامه ای امضا كردند.BASE بزرگترین تولید كننده اسیدفرمیك در دنیا محسوب می شود و قصد دارد با همكاری Tekion، فرمولاسیون مناسبی را برای اسیدفرمیك تهیه و آزمایش كند. این دو شركت همچنین در زمینه توسعه كدها و استانداردهای مرتبط با این موضوع نیز فعالیت خواهند داشت و تجربه هایشان را در زمینه سازگاری این مواد برای پیل های سوختی به اشتراك می گذارند. بر اساس این گزارش، اولین كاربرد تجاری محصولات Tekion، یك نمونه «بسته انرژی» است كه درون دستگاه های الكترونیكی قابل حمل جای گرفته یا به آنها متصل می شود تا این دستگاه ها بتوانند بدون اتصال به شبكه برق كار كنند. این بسته یك سیستم هیبریدی باتری پیل سوختی مینیاتوری است كه با نام تجاری بسته انرژی Formira در بازار موجود است و سوخت گیری آن با تعویض كارتریج اسیدفرمیك صورت می گیرد. این فناوری برای استفاده در محصولات الكترونیكی قابل حمل در محدوده توانی كمتر از ۵۰ وات با انرژی كمتر از ۱۰۰ وات ساعت طراحی شده و از مزایای قابل توجهی برخوردار است.
ساخت پيل سوختي با نيروي باكتري

تيمي متشكيل از ميكروبيولوژيست‌ها، مهندسين و متخصصان شيمي زمين از دانشگاه‌هاي كاليفرنياي جنوبي و رايس به منظور ساخت پيل‌هاي سوختي ( به اندازه يك كف دست) با نيروي محركه باكتري براي تامين انرژي هواپيماهاي جاسوسي همكاري مشترك خود را آغاز كردند. نيروي هوايي آمريكا از مدتها قبل در پي توليد وسايل نقليه هوايي در مقياس مينياتوري (به اندازه حشرات) بود، اما تاكنون اين خواسته به دليل نداشتن منبع انرژي فشرده مناسب ناكام مانده است.
اين گروه تحقيقاتي اميدوار است با سرمايه‌گذاري 4/4 ميليون دلاري مركز تحقيقات دانشگاهي در وزارت دفاع (MURI) بتواند با توليد نخستين نمونه بدون سرنشين، طي پنج سال آينده اين انديشه را محقق سازد. بر اساس اين گزارش، در دانشگاه رايس به منظور درك چگونگي اتصال و اثر متقابل باكتري Sewanella بر سطوح آند در پيل سوختي، تحقيقاتي در حال انجام است.
آند در پيل سوختي و باتري‌ها، وظيفه جمع‌آوري الكترون اضافي را بر عهده دارد و اين تيم قصد دارد شرايط بهينه انتقال الكترون‌ها در سطح آند در شرايط مختلف را تعيين كند.
اجزاي اصلي اين سيستم باكتري، سطح و محلول هضم كننده باكتري است كه تغيير هر يك از اين عوامل روي دو عامل ديگر مؤثر بوده و هدف، يافتن شرايط بهينه عملكرد سيستم كلي است.
دانشگاه كاليفرنياي جنوبي در زمينه روش‌هاي ژنتيكي، حفظ متابوليسم تنفسي ميكروب‌ها در محيط‌هاي با اكسيژن كم، تحقيقاتي انجام داده است. Sewanella يكي از اين باكتري‌ها براي متابوليسم كامل غذا به جاي اكسيژن از فلز استفاده مي‌كند و از آنجا كه اين ارگانيسم قادر است مستقيما الكترون‌ها را به اكسيد فلزي جامد انتقال دهد، مي توان آن را در آند پيل سوختي مورد استفاده قرار داد.
در مطالعه پيل سوختي به منظور ارزيابي رفتار باكتري در شرايط مختلف از مدل‌هاي رايانه‌اي استفاده شده است كه انجام اين آزمايش‌ها توسط رايانه، موجب تمركز آزمايش‌هاي تجربي روي روش‌هاي مناسب‌تر و صرفه‌جويي در زمان و هزينه خواهد شد.
يکي ديگر از انگيزه هاي وسوه برانگيز بکارگيري پيل سوختي

شركت جنرال موتورز قصد دارد با برنامه اي بلند مدت، سوخت هيدروژن را به صورت همه گير در خودروها مورد استفاده قرار دهد.
در حال حاضر شش ميليارد و 400 ميليون انسان بر روي كره زمين زندگي مي‌كنند و اين آمار تا سال 2020 به هفت ميليارد و 500 ميليون نفر خواهد رسيد. در همين حال پيش‌بيني مي‌شود، در مدت زمان فوق شمار افرادي كه صاحب خودرو مي‌شوند 12 تا 15 درصد رشد داشته باشد و اين بدان معني است كه تعداد خودروها كه در حال حاضر در حدود 775 ميليون دستگاه برآورد شده است، تا سال 2020 به بيش از يك ميليارد و 100 ميليون دستگاه خواهد رسيد. بنابراين كاهش مصرف سوخت و آلاينده‌هاي محيط زيست اهميت بسيار زيادي پيدا مي‌كند كه در اين ميان شركت خودروسازي جنرال موتورز آمريكا با معرفي تكنولوژي پيل سوختي هيدروژني توانسته است اميد به جابجايي بدون آلودگي رادر آينده افزايش دهد.
لذا توسعه خودروهاي پيل سوختي به سرعت در جهان در حال رشد است، به طوري كه در حال حاضر شركت‌هاي خودروسازي جنرال موتورز و اوپل بيش از يك ميليارد دلار صرف تحقيقات در اين تكنولوژي كرده‌اند.
"هيدروژن 3 اوپل" ثابت كرده است كه رانندگي با خودروهاي متفاوت، مسير خود را از آزمايشگاه به جاده هموار كرده است و نمونه اوليه آن در حال حاضر با همكاري شركت سازنده مبلمان ايكيا (IKEA) در حال گذراندن آزمايشهاي متفاوت است و سكوئل (Seqel) جنرال موتورز به توليد خودروهاي با پيل سوختي نزديك‌تر شده است.
"هيدروژن 3 اوپل"؛ دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالي
"هيدروژن 3 اوپل" جانشين نمونه اوليه هيدروژني است كه در بهار سال 2000 معرفي شد و از روي طرح خودرو زافيرا اوپل ساخته شده بود.
نيروي برق اين خودرو توسط 200 قطعه پيل سوختي كه به صورت سري به يكديگر متصل شده‌اند، توليد مي‌شود. اين پيل‌ها نيروي موتور برقي 82 اسب بخار بر 60 كيلووات هيدروژن 3 را تامين مي‌كند. اين نيروگاه كه حداكثر 215NM گشتاور توسعه مي‌دهد، حداكثر سرعتي برابر با 160 كيلومتر بر ساعت توليد مي‌كند و در كمتر از 16 ثانيه از صفر تا 100 كيلومتر در ساعت شتاب مي‌گيرد كه در حالتي كاملا بي‌صداست.
در مسابقات ماراتن تابستان سال 2004، هيدروژن 3 اوپل توانست بدون هيچ مشكلي 9 هزار و 696 كيلومتر را در 14 كشور مختلف اروپايي طي كند. در آوريل سال 2005 نيز اين خودرو توانست جايزه مسابقات رالي مونت كارلو را براي وسايل نقليه داراي پيل سوختي از آن خود كند.
شركت خودروسازي اوپل اكنون در حال گسترش تكنولوژي آزمايشهاي پيل سوختي با همكاري شركت سوئدي ايكيا مي‌باشد. وسايل نقليه پيل سوختي هيدروژن 3 كه عاري از آلاينده‌هاي زيست محيطي مي‌باشد از اوايل تابستان سال گذشته تحويل كالاها به مشتريان ايكيا را در برلين آغاز كرده است. سوخت اين وسايل نقليه با هيدروژن مايع تامين مي‌شود.
آزمايشهاي اين خودروها تحت نظارت پروژه همكاري انرژي پاك دولت آلمان انجام مي‌شود كه عملكرد انرژي 17 خودرو با سوخت هيدروژني را تحت شرايط خاص آزمايش مي‌كند.
بزرگترين جايگاه سوخت گاز هيدروژني جهان در پاييز سال 2004 در پايتخت آلمان آغاز به كار كرد و قرار است علاوه بر گاز هيدروژن و هيدروژن مايع، بنزين و گازوئيل نيز به مردم ارايه كند.
سكوئل جنرال موتورز
خودروي سكوئل جنرال موتورز محصولي است كه تمامي نتايج تحقيقات فشرده كه طي چند سال اخير از سوي بزرگترين خودروساز جهان انجام شده است را در بر دارد؛ پروژه‌اي كه جنرال موتورز بيش از يك ميليارد دلار در آن سرمايه‌گذاري كرده است. اين خودرو جادار به گونه‌اي طراحي شده است كه كمترين آلايندگي محيط زيست را دارد. در اين خودرو سه منبع با فشار بالا تعبيه شده است كه موقعيت آنها در ميانه شاسي باعث بهبود مركز ثقل خودرو مي‌شود. اين خودروها كه از اصلاحات فني بسيار زيادي نيز بهره‌مند مي‌باشند منحصر به فرد هستند.
خودروي سكوئل جنرال موتورز به دليل افزايش 25 درصدي نيرو توسط تكنولوژي جديد مي‌تواند سرعت صفر تا 100 كيلومتر را در كمتر از 10 ثانيه به دست آورد.
اجزاي پيل سوختي شامل توده پيل سوختي، دستگاه فرعي هيدروژن و فرآوري هوا، سيستم خنك كننده و سيستم توزيع ولتاژ بالا مي‌باشد.
http://www.geobacter.org/research/microbial/

 

[حــامد]

تاريخچه پیل سوختی

تاريخچه پیل سوختی

تاريخچه پیل سوختی


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 انگلیسی سرویلیام گرو بر مي‌گردد. او اولين پيل‌سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.
واژه "پيل‌سوختي" در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف مي‌کرد، ساختند. تلاش‌هاي متعددي در اوايل قرن بيستم در جهت توسعه پيل‌سوختي انجام شد که به دليل عدم درک علمي مسئله هيچ يک موفقيت آميز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.
فصلي ديگر از تاريخچه تحقيقات پيل‌سوختي توسط فرانسيس بيكن از دانشگاه كمبريج انجام شد. او در سال 1932 بر روي ماشين ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسياري انجام داد. اين اصلاحات شامل جايگزيني كاتاليست گرانقيمت پلاتين با نيكل و همچنين استفاده از هيدروكسيدپتاسيم قليايي به جاي اسيد سولفوريك به دليل مزيت عدم خورندگي آن مي‌باشد. اين اختراع كه اولين پيل‌سوختي قليايي بود، “Bacon Cell” ناميده شد. او 27 سال تحقيقات خود را ادامه داد تا توانست يك پيل‌سوختي كامل وكارا ارائه نمايد. بيكون در سال 1959 پيل‌سوختي با توان 5 كيلووات را توليد نمود كه مي‌توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.

تحقيقات جديد در اين عرصه از اوايل دهه 60 میلادی با اوج گيري فعالیت‌های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مركز تحقيقات ناسا در پي تامين نيرو جهت پروازهاي فضايي با سرنشين بود. ناسا پس از رد گزينه‌هاي موجود نظير باتري (به علت سنگيني)، انرژي خورشيدي(به علت گران بودن) و انرژي هسته‌اي (به علت ريسك بالا) پيل‌سوختي را انتخاب نمود.
تحقيقات در اين زمينه به ساخت پيل‌سوختي پليمري توسط شركت جنرال الكتريك منجر شد. ایالات متحده فن‌آوری پیل سوختی را در برنامه فضايي Gemini استفاده نمود كه اولين كاربرد تجاري پيل‌سوختي بود.
پرت و ويتني دو سازنده موتور هواپیما پيل‌سوختي قليايي بيكن را به منظور كاهش وزن و افزايش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضايي آپولو به كار بردند. در هر دو پروژه پيل‌سوختي بعنوان منبع انرژي الكتريكي براي فضاپيما استفاده شدند. اما در پروژه آپولو پيل‌هاي سوختي براي فضانوردان آب آشاميدني نيز توليد مي‌كرد. پس از کاربرد پيل‌هاي سوختي در اين پروژه‌ها، دولت‌ها و شركت‌ها به اين فن‌آوري جديد به عنوان منبع مناسبي براي تولید انرژي پاك در آينده توجه روزافزوني نشان دادند.
از سال 1970 فنآوري پيل‌سوختي براي سيستم‌هاي زميني توسعه يافت. تحريم نفتي از سال1973-1979 موجب تشديد تلاش دولتمردان امريكا و محققين در توسعه اين فن‌آوري به جهت قطع وابستگي به واردات نفتي گشت.
در طول دهه 80 تلاش محققين بر تهيه مواد مورد نياز، انتخاب سوخت مناسب و كاهش هزينه استوار بود. همچنين اولين محصول تجاري جهت تامين نيرو محركه خودرو در سال1993 توسط شركت بلارد ارائه شد.
كاربردهاي پيل سوختي نيروگاهي

بازار مولدهای نیروگاهی پیل‌سوختی بسیار گسترده است و کاربردهای دولتی، نظامی و صنعتی را شامل می‌شود. همچنین به عنوان نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری در مخابرات، صنایع پزشکی، ادارات، بیمارستان‌ها، هتل‌های بزرگ و سیستم‌های کامپیوتری به کار می‌رود.
پیل‌های سوختی نسبتاً آرام و بی‌صدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسبند. علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاه‌ها می‌توان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
این نیروگاه‌ها در مصارف کوچک بازدهی الکتریکی بالایی دارند و همچنین در ترکیب با نیروگاه‌های گاز طبیعی بازدهی الکتریکی آنها به 70-80% می‌رسد.
مزیت دیگر این نیروگاه‌ها عدم آلودگی محیط زیست است. خروجی نیروگاه‌های پیل‌سوختی بخار‌آب می باشد.

نیروگاه‌های پیل سوختی قابلیت استفاده از سوخت‌های مختلف مانند متانول، اتانول، هیدروژن، گاز طبیعی، پروپان و بنزین را دارند و مانند سایر نیروگاه‌ها محدود به استفاده از یک منبع انرژی خاص نیست. از زمانیکه اولین پیل‌سوختی نیروگاهی در دهه 60 تولید گشت، تا کنون در مجموع 650 سیستم کامل با توان بیش از 10 کیلووات (میانگین آن 200 کیلووات است) ساخته شد. تقریباً 90 درصد از این واحدها با گاز طبیعی تغذیه می شود. البته استفاده از سوخت‌های جایگزین نظیر بیوگاز و گاز ذغال نیز پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته است. در این بخش نیروگاه انواع متنوع پیل‌سوختی به کار رفته است. در ابتدا از پیل‌سوختی اسید فسفریک آغاز گردید و سپس پیل‌سوختی پلیمری و پیل‌سوختی کربنات مذاب جایگزین آن گشتند. در حالیکه پیل‌سوختی اکسید جامد در آینده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پیل‌های سوختی نیروگاهی کوچک (زیر 10 کیلووات) نیز رشد قابل ملاحظه‌ای را شاهد بودیم. تعداد این واحدها اکنون به 1900 رسیده است. این سیستم جهت مصارف خانگی و بازارهایی از قبیل UPS ونیروی پشتیبان در اماکن دوردست کاربری دارد. نیمی از محصولات در آمریکای شمالی توسعه یافته است.
در بخش سیستم‌های نیروگاهی کوچک 20 درصد سهم بازار را پیل‌سوختی اکسیدجامد و مابقی را پیل‌سوختی پلیمری تشکیل مي‌‌دهد. بازار پیل‌سوختی کوچک در ژاپن که به مصارف خانگی اختصاص دارد، منحصراً با پیل‌سوختی پلیمری است و امید است تا انتهای سال 2005 محصولات به بازار عرضه گردند.
فروش تعدادی از واحدهای نیروگاهی کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سیستم GenCore شرکت Plug Power می باشد(توان 5 کیلووات، 15000 دلار)
دولت ژاپن حمایت خود از توسعه پیل‌های سوختی نیروگاهی در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شرکت های ژاپنی گاز توکیو و Osaca از بزرگترین شرکت های توسعه دهنده این فن‌آوری می‌باشند.
انواع پيلهاي سوختي

پيلهاي سوختي در انواع زير موجود مي‎باشند:
پيلهاي سوختي اسيدفسفريكي
پيلهاي سوختي پليمري
پيلهاي سوختي اكسيد جامد
پيلهاي سوختي قليايي
پيلهاي سوختي متانولي
مزاياي پيل سوختي چيست؟

راندمان بالا، حداقل نشر آلاينده‎هاي زيست محيطي،امكان استفاده از سوختهاي فسيلي و پاك، مدولار بودن و قابليت توليد همزمان حرارت و الكتريسيته و استفاده در كاربردهاي توليد غيرمتمركز انرژي از جمله مزاياي پيل سوختي مي‎باشند.
روشهاي توليد پيل سوختي

جدیدترین راه تولید پیل سوختی
لوى تامپسون، پرفسور مهندسى شيمى و رئيس تيم تحقيقاتى پيل سوختى جديد در اين مورد چنين مى گويد: «ما به سامانه اى رسيده ايم كه بسيار مشابه سامانه هايى است كه براى توليد ابزارهاى ميكرو الكترونيك مورد استفاده قرار مى گيرد.»
روشى كه پرفسور تامپسون و تيم همكار او به آن رسيده اند، استفاده از ميكروفابريكيشن است. ميكروفابريكيشن خلق ساختارهاى فيزيكي، ابزار و مواد مركبى است كه اجزاى تشكل دهنده آنها در حدود يك ميكرومتر هستند. ميكروالكترونيك ها منبع انرژى كالاهاى بسيار زيادى هستند از كارت تبريك صوتى گرفته تا كامپيوترهاى قابل حمل.
تامپسون يكى از بزرگترين موانع استفاده تجارى و گسترده از پيل هاى سوختى را هزينه بالاى ساخت آن مى داند. براى اينكه از اين منبع در مصارف روزمره استفاده كرد، بايد هزينه توليد آن پايين تر بيايد تا مثلا در يك كامپيوتر قابل حمل مورد استفاده قرار گيرد.
در شيوه معمول كنوني، پيل هاى سوختي، مشابه خودروها توليد مى شوند يعنى قطعات مختلف آنها به صورت جداگانه ساخته مى شوند و سپس روى هم سوار مى شوند تا يك پيل سوختى توليد شود. اين كار گستره بسيار زيادى دارد و علاوه بر هزينه بالاى آن، كه به آن اشاره شد نياز به زمان بسيار زيادى دارد. اما گروه تحقيقاتى تامپسون با استفاده از فرآيند پيشرفته ميكروفابريكيشن، نسل جديد پيل هاى سوختى را مى سازد. اين بار به جاى توليد جداگانه پيل سوختي، آنها به صورت لايه لايه ساخته مى شوند، روشى كه در حال حاضر براى ساخت ابزارهاى ميكروالكترونيك مورد استفاده قرار مى گيرد.
محققان دانشگاه ميشيگان اميدوارند با استفاده از اين فن آورى ارزان قيمت و همچنين استفاده از مواد ارزانتر، قيمت پيل هاى سوختى را از ۱۰ هزار دلار براى هر كيلو وات به ۱۰۰۰ دلار برسانند.
با اين قيمت، پيل هاى سوختى مى توانند با باترى هاى يون لتييوم كه در سطح وسيع مورد استفاده قرار مى گيرند رقابت كنند.
دانشگاه ميشيگان استفاده از ميكروفابريكيشن براى توليد پيل سوختى را دو سال و نيم پيش آغاز كرد. اولين بازار آنها وسايل برقى است، ولى آنها در گام بعدى مى خواهند از پيل هاى سوختى در اتومبيل ها استفاده كنند.
سوخت تازه برای پیل های سوختی
با استفاده از اسیدفرمیك به عنوان سوخت غیرقابل اشتعال در پیل های سوختی محصولات الكترونیكی قابل حمل بدون اتصال به شبكه برق كار می كنند. شركت های BASE و Tekion توسعه دهنده پیل های سوختی مینیاتوری برای محصولات قابل حمل به منظور توسعه اسیدفرمیك به عنوان سوخت برای فناوری پیل سوختی Tekion تفاهم نامه ای امضا كردند.BASE بزرگترین تولید كننده اسیدفرمیك در دنیا محسوب می شود و قصد دارد با همكاری Tekion، فرمولاسیون مناسبی را برای اسیدفرمیك تهیه و آزمایش كند. این دو شركت همچنین در زمینه توسعه كدها و استانداردهای مرتبط با این موضوع نیز فعالیت خواهند داشت و تجربه هایشان را در زمینه سازگاری این مواد برای پیل های سوختی به اشتراك می گذارند. بر اساس این گزارش، اولین كاربرد تجاری محصولات Tekion، یك نمونه «بسته انرژی» است كه درون دستگاه های الكترونیكی قابل حمل جای گرفته یا به آنها متصل می شود تا این دستگاه ها بتوانند بدون اتصال به شبكه برق كار كنند. این بسته یك سیستم هیبریدی باتری پیل سوختی مینیاتوری است كه با نام تجاری بسته انرژی Formira در بازار موجود است و سوخت گیری آن با تعویض كارتریج اسیدفرمیك صورت می گیرد. این فناوری برای استفاده در محصولات الكترونیكی قابل حمل در محدوده توانی كمتر از ۵۰ وات با انرژی كمتر از ۱۰۰ وات ساعت طراحی شده و از مزایای قابل توجهی برخوردار است.
ساخت پيل سوختي با نيروي باكتري

تيمي متشكيل از ميكروبيولوژيست‌ها، مهندسين و متخصصان شيمي زمين از دانشگاه‌هاي كاليفرنياي جنوبي و رايس به منظور ساخت پيل‌هاي سوختي ( به اندازه يك كف دست) با نيروي محركه باكتري براي تامين انرژي هواپيماهاي جاسوسي همكاري مشترك خود را آغاز كردند. نيروي هوايي آمريكا از مدتها قبل در پي توليد وسايل نقليه هوايي در مقياس مينياتوري (به اندازه حشرات) بود، اما تاكنون اين خواسته به دليل نداشتن منبع انرژي فشرده مناسب ناكام مانده است.
اين گروه تحقيقاتي اميدوار است با سرمايه‌گذاري 4/4 ميليون دلاري مركز تحقيقات دانشگاهي در وزارت دفاع (MURI) بتواند با توليد نخستين نمونه بدون سرنشين، طي پنج سال آينده اين انديشه را محقق سازد. بر اساس اين گزارش، در دانشگاه رايس به منظور درك چگونگي اتصال و اثر متقابل باكتري Sewanella بر سطوح آند در پيل سوختي، تحقيقاتي در حال انجام است.
آند در پيل سوختي و باتري‌ها، وظيفه جمع‌آوري الكترون اضافي را بر عهده دارد و اين تيم قصد دارد شرايط بهينه انتقال الكترون‌ها در سطح آند در شرايط مختلف را تعيين كند.
اجزاي اصلي اين سيستم باكتري، سطح و محلول هضم كننده باكتري است كه تغيير هر يك از اين عوامل روي دو عامل ديگر مؤثر بوده و هدف، يافتن شرايط بهينه عملكرد سيستم كلي است.
دانشگاه كاليفرنياي جنوبي در زمينه روش‌هاي ژنتيكي، حفظ متابوليسم تنفسي ميكروب‌ها در محيط‌هاي با اكسيژن كم، تحقيقاتي انجام داده است. Sewanella يكي از اين باكتري‌ها براي متابوليسم كامل غذا به جاي اكسيژن از فلز استفاده مي‌كند و از آنجا كه اين ارگانيسم قادر است مستقيما الكترون‌ها را به اكسيد فلزي جامد انتقال دهد، مي توان آن را در آند پيل سوختي مورد استفاده قرار داد.
در مطالعه پيل سوختي به منظور ارزيابي رفتار باكتري در شرايط مختلف از مدل‌هاي رايانه‌اي استفاده شده است كه انجام اين آزمايش‌ها توسط رايانه، موجب تمركز آزمايش‌هاي تجربي روي روش‌هاي مناسب‌تر و صرفه‌جويي در زمان و هزينه خواهد شد.
يکي ديگر از انگيزه هاي وسوه برانگيز بکارگيري پيل سوختي

شركت جنرال موتورز قصد دارد با برنامه اي بلند مدت، سوخت هيدروژن را به صورت همه گير در خودروها مورد استفاده قرار دهد.
در حال حاضر شش ميليارد و 400 ميليون انسان بر روي كره زمين زندگي مي‌كنند و اين آمار تا سال 2020 به هفت ميليارد و 500 ميليون نفر خواهد رسيد. در همين حال پيش‌بيني مي‌شود، در مدت زمان فوق شمار افرادي كه صاحب خودرو مي‌شوند 12 تا 15 درصد رشد داشته باشد و اين بدان معني است كه تعداد خودروها كه در حال حاضر در حدود 775 ميليون دستگاه برآورد شده است، تا سال 2020 به بيش از يك ميليارد و 100 ميليون دستگاه خواهد رسيد. بنابراين كاهش مصرف سوخت و آلاينده‌هاي محيط زيست اهميت بسيار زيادي پيدا مي‌كند كه در اين ميان شركت خودروسازي جنرال موتورز آمريكا با معرفي تكنولوژي پيل سوختي هيدروژني توانسته است اميد به جابجايي بدون آلودگي رادر آينده افزايش دهد.
لذا توسعه خودروهاي پيل سوختي به سرعت در جهان در حال رشد است، به طوري كه در حال حاضر شركت‌هاي خودروسازي جنرال موتورز و اوپل بيش از يك ميليارد دلار صرف تحقيقات در اين تكنولوژي كرده‌اند.
"هيدروژن 3 اوپل" ثابت كرده است كه رانندگي با خودروهاي متفاوت، مسير خود را از آزمايشگاه به جاده هموار كرده است و نمونه اوليه آن در حال حاضر با همكاري شركت سازنده مبلمان ايكيا (IKEA) در حال گذراندن آزمايشهاي متفاوت است و سكوئل (Seqel) جنرال موتورز به توليد خودروهاي با پيل سوختي نزديك‌تر شده است.
"هيدروژن 3 اوپل"؛ دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالي
"هيدروژن 3 اوپل" جانشين نمونه اوليه هيدروژني است كه در بهار سال 2000 معرفي شد و از روي طرح خودرو زافيرا اوپل ساخته شده بود.
نيروي برق اين خودرو توسط 200 قطعه پيل سوختي كه به صورت سري به يكديگر متصل شده‌اند، توليد مي‌شود. اين پيل‌ها نيروي موتور برقي 82 اسب بخار بر 60 كيلووات هيدروژن 3 را تامين مي‌كند. اين نيروگاه كه حداكثر 215NM گشتاور توسعه مي‌دهد، حداكثر سرعتي برابر با 160 كيلومتر بر ساعت توليد مي‌كند و در كمتر از 16 ثانيه از صفر تا 100 كيلومتر در ساعت شتاب مي‌گيرد كه در حالتي كاملا بي‌صداست.
در مسابقات ماراتن تابستان سال 2004، هيدروژن 3 اوپل توانست بدون هيچ مشكلي 9 هزار و 696 كيلومتر را در 14 كشور مختلف اروپايي طي كند. در آوريل سال 2005 نيز اين خودرو توانست جايزه مسابقات رالي مونت كارلو را براي وسايل نقليه داراي پيل سوختي از آن خود كند.
شركت خودروسازي اوپل اكنون در حال گسترش تكنولوژي آزمايشهاي پيل سوختي با همكاري شركت سوئدي ايكيا مي‌باشد. وسايل نقليه پيل سوختي هيدروژن 3 كه عاري از آلاينده‌هاي زيست محيطي مي‌باشد از اوايل تابستان سال گذشته تحويل كالاها به مشتريان ايكيا را در برلين آغاز كرده است. سوخت اين وسايل نقليه با هيدروژن مايع تامين مي‌شود.
آزمايشهاي اين خودروها تحت نظارت پروژه همكاري انرژي پاك دولت آلمان انجام مي‌شود كه عملكرد انرژي 17 خودرو با سوخت هيدروژني را تحت شرايط خاص آزمايش مي‌كند.
بزرگترين جايگاه سوخت گاز هيدروژني جهان در پاييز سال 2004 در پايتخت آلمان آغاز به كار كرد و قرار است علاوه بر گاز هيدروژن و هيدروژن مايع، بنزين و گازوئيل نيز به مردم ارايه كند.
سكوئل جنرال موتورز
خودروي سكوئل جنرال موتورز محصولي است كه تمامي نتايج تحقيقات فشرده كه طي چند سال اخير از سوي بزرگترين خودروساز جهان انجام شده است را در بر دارد؛ پروژه‌اي كه جنرال موتورز بيش از يك ميليارد دلار در آن سرمايه‌گذاري كرده است. اين خودرو جادار به گونه‌اي طراحي شده است كه كمترين آلايندگي محيط زيست را دارد. در اين خودرو سه منبع با فشار بالا تعبيه شده است كه موقعيت آنها در ميانه شاسي باعث بهبود مركز ثقل خودرو مي‌شود. اين خودروها كه از اصلاحات فني بسيار زيادي نيز بهره‌مند مي‌باشند منحصر به فرد هستند.
خودروي سكوئل جنرال موتورز به دليل افزايش 25 درصدي نيرو توسط تكنولوژي جديد مي‌تواند سرعت صفر تا 100 كيلومتر را در كمتر از 10 ثانيه به دست آورد.
اجزاي پيل سوختي شامل توده پيل سوختي، دستگاه فرعي هيدروژن و فرآوري هوا، سيستم خنك كننده و سيستم توزيع ولتاژ بالا مي‌باشد.
=================================
گردآورنده : شهرزاد شهبازي
منابع :

• روزنامه همشهرى
• ويکي پديا
• همکلاسي
• ایسنا
• Fuel Cells & Vehicles
• Microbial Fuel Cells

 

[ارمیتا2]

ممنون اگر میشود درباره پیل سوختی متانولی مطالبی قرار دهید