تازه های هیدروژن و پیل سوختی ۵

تازه های هیدروژن و پیل سوختی
Hydrogen & Fuel Cell

iX5 هیدروژنی شرکت خودرو سازی بی ام و

در میزگردی که قبلاً توسط BMW در نیویورک برگزار شد، پیتر نوتا، عضو هیئت مدیره مسئول فروش و بازاریابی، به طور مفصل در مورد مشارکت مداوم این شرکت در زمینه پیشرانه های هیدروژنی پیل سوختی صحبت کرد. نوتا به نمونه های اولیه BMW iX5 Hydrogen اشاره کرد که برای عرضه در بازار در سال 2023 آماده می شوند.
در حالی که iX5 Hydrogen به تولید انبوه نخواهد رسید، حداقل در ابتدا، ناوگانی از خودروها در دسترس مشتریان، رسانه ها و افراد VIP منتخب قرار خواهند گرفت. در مورد اینکه چه تعداد از دستگاه ها سال آینده در جاده ها قرار خواهند گرفت، صحبتی وجود ندارد.
این فناوری که برای اولین بار در BMW X5 پیش نمایش شد، می تواند اساساً در سایر مدل های بزرگ BMW مورد استفاده قرار گیرد. با زمان شارژ مجدد 3 تا 5 دقیقه، BMW iX5 Hydrogen می تواند به عنوان یک جایگزین عالی برای مشتریانی باشد که به دنبال رانندگی بدون آلایندگی بدون نگرانی در مورد زیرساخت شارژ هستند. البته پیشرانه های هیدروژنی چالش های خاص خود را دارند که یکی از آنها زیرساخت است[1].

افزایش کارآمدی پیل های سوختی با استفاده از زرد چوبه

زردچوبه، ادویه‌ای که در بیشتر آشپزخانه‌ها یافت می‌شود، دارای عصاره‌ای است که می‌تواند منجر به پیل‌های سوختی ایمن‌تر و کارآمدتر شود.
محققان موسسه نانومواد کلمسون (CNI) و همکارانشان از موسسه آموزش عالی سری ساتیا سای (SSSIHL) در هند راهی جدید برای ترکیب کورکومین – ماده موجود در زردچوبه – و نانوذرات طلا برای ایجاد الکترودی کشف کردند که به انرژی کمتری برای تبدیل موثر اتانول به برق نیاز دارد.
در حالی که تیم تحقیقاتی باید آزمایش‌های بیشتری انجام دهد، این کشف جایگزینی هیدروژن را به عنوان ماده اولیه پیل سوختی یک قدم نزدیک‌تر می‌کند.
آپارائو رائو، مدیر مؤسس CNI و پروفسور R. A. Bowen در کالج علوم: «از بین همه کاتالیزورهای اکسیداسیون الکل در محیط قلیایی، کاتالیزوری که ما تهیه کرده‌ایم تا کنون بهترین است.

پیل های سوختی به جای احتراق، الکتریسیته را از طریق یک واکنش شیمیایی تولید می کنند.آنها برای تامین انرژی وسایل نقلیه، ساختمان ها، دستگاه های الکترونیکی قابل حمل و سیستم های قدرت پشتیبان استفاده می شوند.
پیل های سوختی هیدروژنی بسیار کارآمد هستند و گازهای گلخانه ای تولید نمی کنند. در حالی که هیدروژن رایج ترین عنصر شیمیایی در جهان است، باید از موادی مانند گاز طبیعی و سوخت های فسیلی مشتق شود زیرا به طور طبیعی روی زمین فقط به صورت ترکیبی با سایر عناصر در مایعات، گازها یا جامدات وجود دارد.
علاوه بر این، هیدروژن مورد استفاده در پیل‌های سوختی یک گاز فشرده است که برای ذخیره‌سازی و حمل و نقل چالش‌هایی ایجاد می‌کند. اتانول، الکلی که از ذرت یا سایر خوراک های کشاورزی تهیه می شود، به دلیل مایع بودن، ایمن تر و راحت تر از هیدروژن حمل می شود.
لاکشمن ونتراپراگادا، دانشجوی سابق Rao که به عنوان دستیار پژوهشی در CNI کار می کرد و یکی از فارغ التحصیلان SSSIHL است، گفت: «برای اینکه آن را به یک محصول تجاری تبدیل کنیم که در آن می توانیم مخازن خود را با اتانول پر کنیم، الکترودها باید بسیار کارآمد باشند. در عین حال، ما الکترودهای بسیار گران قیمت یا بسترهای پلیمری مصنوعی که دوستدار محیط زیست نباشند، نمی‌خواهیم، ​​زیرا این کار کل هدف را نادیده می‌گیرد. ما می خواستیم برای فرآیند تولید پیل سوختی و ساخت خود پیل سوختی به چیزی سبز نگاه کنیم[2].

دانشگاه شفیلد در مورد مصرف سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن سبزتر در بریتانیا تحقیق می‌کند

محققان شفیلد بخشی از کنسرسیوم جدیدی هستند که در مورد چگونگی افزایش استفاده بریتانیا از هیدروژن و سوخت های مایع جایگزین، به عنوان بخشی از تعهد این کشور برای رسیدن به خالص صفر تا سال 2050 تحقیق می کنند.
این پروژه امیدوار است که چالش‌های تحقیقاتی را که باعث موانعی برای جذب گسترده‌تر سوخت‌های کم کربن در بریتانیا، به ویژه با هیدروژن و سوخت‌های مایع جایگزین می‌شود، ترسیم و حل کند.
آنها بر روی پتانسیل این سوخت ها برای کربن زدایی زمین، آب و حمل و نقل هوایی، تولید برق و گرمایش خانگی و صنعتی و همچنین صنایع با انتشار CO2 بالا مانند ساخت فولاد، سیمان، شیشه و کودها تمرکز خواهند کرد. این مناطق روی هم حدود 90 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای بریتانیا را تشکیل می دهند. از این رو تأثیر بالقوه این پروژه بسیار زیاد است، به ویژه برای حمایت از کشور برای رسیدن به هدف مورد نیاز خود برای انتشار خالص صفر تا سال 2050.
بودجه شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC) که در ابتدا مجموعاً بیش از 400 هزار پوند بود، برای حمایت از فعالیت‌های تحقیقاتی که شامل کارگاه‌های مشارکت سهامداران در سراسر بریتانیا است، استفاده خواهد شد. این تیم تحقیقاتی که با همکاری دانشگاه‌های شفیلد، وارویک، باث و نیوکاسل انجام می‌شود، پروژه‌های چند رشته‌ای و پرتأثیر را با هدف ایجاد اتحادهای تحقیقاتی بلندمدت و مرکز ملی تعالی گرد هم می‌آورد.
پروفسور راشل روتمن از دپارتمان مهندسی شیمی و بیولوژیکی دانشگاه شفیلد، در کنار پروفسور شانون تائو از دانشگاه وارویک، و محقق اصلی پروفسور تیم میس، از دانشگاه باث، یکی از محققین پروژه جدید است. پروفسور سارا واکر، از دانشگاه نیوکاسل، دومین پروژه هیدروژن را با تمرکز بر یکپارچه سازی سیستم ها رهبری خواهد کرد[3].

استراتژی صنعتی هیدروژن ژاپن

در سال 2017، ژاپن استراتژی پایه هیدروژن را صادر کرد و اولین کشوری بود که چارچوب ملی هیدروژن را پذیرفت. دولت ملی همچنین چندین سند راهبردی را منتشر کرده است که جنبه های فنی و اقتصادی را پوشش می دهد، مانند نقشه راه استراتژیک هیدروژن و پیل های سوختی و استراتژی رشد سبز.
این کشور به دنبال کاهش هزینه هیدروژن به حدود یک سوم سطح فعلی تا سال 2030 است. در مارس 2019، دولت ژاپن نقشه راه استراتژیک خود را برای هیدروژن و پیل های سوختی (که در ابتدا در ژوئن 2014 تصویب شد و قبلاً تجدید نظر شده بود) به روز کرد.
توسعه زنجیره های تامین هیدروژن یک دستور کار اصلی است و هم دولت ژاپن و هم شرکت های ژاپنی پروژه های مختلفی از جمله توسعه حمل و نقل دریایی را انجام می دهند. به عنوان مثال، شرکت صنایع سنگین کاوازاکی ژاپن اولین کشتی هیدروژن مایع جهان را در سال 2019 راه اندازی کرد و اولین پایانه دریافت هیدروژن مایع جهان را در سال 2020 در ژاپن را تکمیل کرد.
.تعهد بی طرفی کربن در اواسط قرن، که در اکتبر 2020 اعلام شد، بحث سیاست گذاری مراحل زیر را بیشتر کرده است:
پتانسیل تقاضای هیدروژن و رقابت در هزینه را دقیق تر بررسی کنید
نیازهای زیرساختی را به صورت جامع و در سطح جامعه بررسی کنید
در نظر گرفتن:
آیا پشتیبانی برای استقرار هیدروژن در مناطق دیگر مانند پالایش نفت ارائه شود یا خیر
بهترین روش برای افزایش تقاضا برای کاهش هزینه های واردات
آیا باید بیشتر بر سرمایه گذاری در توسعه فناوری الکترولیز تمرکز کرد
آیا دامنه دیپلماسی منابع ژاپن باید گسترش یابد تا روابط رو به رشد با کشورهای غنی از انرژی های تجدیدپذیر به عنوان تامین کنندگان بالقوه هیدروژن مبتنی بر انرژی های تجدید پذیر را در بر گیرد[4].

توجه سیاستمداران به هیدروژن در طول جنگ روسیه و اوکراین

دولت بریتانیا هفته گذشته تولید هیدروژن کم کربن خود را دو برابر کرد و به 10 گیگاوات رساند که حداقل 5 گیگاوات آن هیدروژن سبز خواهد بود. اتحادیه اروپا اخیراً هدف خود را برای ظرفیت هیدروژن سبز به 80 گیگاوات تا سال 2030 دوبرابر کرده است. دولت بایدن در ایالات متحده دستور داده است که تمام زیرساخت های مورد نیاز برای افزایش حمل و نقل گاز طبیعی به اروپا باید قابلیت تبدیل به هیدروژن را داشته باشد.
در میان انبوهی از اعلامیه‌های سیاست هیدروژن از سوی دولت بریتانیا در هفته گذشته، یک صندوق فناوری پاک جدید به ارزش 375 میلیون پوند بود که شامل 240 میلیون پوند برای حمایت از تولید هیدروژن از طریق صندوق خالص صفر هیدروژن، 100 میلیون پوند برای مدل تجاری هیدروژن و 26 میلیون پوند برای شتاب دهنده هیدروژن صنعتی.
این بودجه و مکانیسم‌های حمایتی قوی‌ترین سیگنالی هستند که تاکنون به بخش خصوصی نشان می‌دهد که بریتانیا مقصدی مطلوب برای سرمایه‌گذاری هیدروژنی است. بریتانیا میزبان برخی از بهترین منابع انرژی بادی دریایی جهان و با اکوسیستم رو به رشد شرکت‌ها در تمام مراحل زنجیره ارزش هیدروژن از اجزای الکترولیز گرفته تا اتوبوس‌های هیدروژنی است، بریتانیا در حال تبدیل شدن به یک بازیگر پیشرو در اقتصاد جهانی هیدروژن در حال ظهور است[5].

Concentric یک قرارداد توسعه از یک OEM جهانی برای یک پمپ خنک کننده الکتریکی ولتاژ بالا در یک برنامه پیل سوختی دریافت کرد

شرکت Concentric AB یک قرارداد توسعه جدید برای تامین پمپ های خنک کننده الکتریکی برای کاربرد پیل سوختی دریافت کرده است که مشتری آن کامیون، اتوبوس و ساخت و سازهای جهانی OEM میباشد از پمپ های الکترونیکی برای خنک کردن پیل های سوختی در طیف وسیعی از وسایل نقلیه استفاده می کنند.
پیل های سوختی چگالی توان مشابهی را به موتورهای احتراق داخلی می دهند و به همین دلیل برای کاربردهای با قدرت بالا و برد طولانی مناسب خواهند بود.

پمپ خنک کننده الکتریکی دارای مزایای کلیدی زیر است:
استفاده از منبع ولتاژ بالا را فعال می کند و نیاز به مبدل DC ولتاژ پایین را از بین می برد
طراحی مستحکم که شامل یک روتور مرطوب است که احتمال خرابی آب بندی دینامیکی را از بین می برد
عمر طولانی به کمک لوازم الکترونیکی خنک شونده با مایع و طراحی بدون برس DC که عمر مفیدی بیش از 50000 ساعت دارد
تشخیص یکپارچه و استفاده از سنسورهای دما و فشار
خنک کننده پیل های سوختی نیاز به استفاده از خنک کننده های ویژه دارد که به بسیاری از فلزات تهاجمی است. مهندسان Concentric e-pump را توسعه داده اند تا بتواند این سیالات خاص را بدون کاهش دوام محصول یا عمر مفید پمپاژ کند.
مارتین کونز، رئیس و مدیر عامل شرکت Concentric AB اظهار داشت:
این قرارداد جدید نقطه عطف نوآوری دیگری در توسعه پمپ های الکترونیکی Concentric است و ما در حال حاضر پمپ های الکترونیکی را برای بسیاری از OEM های جهانی برای وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی و باتری آنها عرضه می کنیم، این قرارداد مهم توسعه یک پمپ ولتاژ بالا را در ناحیه رشد مورد انتظار پیل های سوختی را امکان پذیر می کند.

مشخصات:
نویسنده:شهاب نوشمند
آدرس ایمیل:shahabnooshmand@gmail.com
آدرس لینکدین: https://linkedin.com/in/shahabnooshmand
عضو باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان
منابع:

[1] https://hydrogen-central.com/bmw-commitment-fuel-cell-hydrogen-vehicles
[2] https://news.clemson.edu/extract-from-a-common-kitchen-spice-could-be-key-to-greener-more-efficient-fuel-cells
[3] https://www.sheffield.ac.uk/news/university-sheffield-research-uk-take-greener-hydrogen-based-fuels
[4] https://www.csis.org/analysis/japans-hydrogen-industrial-strategy
[5] https://www.hycapgroup.com/hydrogen-at-tipping-point-as-policy-makers-reach-for-solutions
[6] https://hydrogen-central.com/concentric-development-contract-global-oem-voltage-electric-coolant-pump-fuel-cell-application