تاريخچه پيل سوختي
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 انگليسي سرويليام گرو بر مي‌گردد. او اولين پيل‌سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واكنش الكتروليز آب، طي واكنش معكوس و در حضور كاتاليست پلاتين ساخت.
واژه "پيل‌سوختي" در سال 1889 توسط لودويك مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي كه هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف مي‌كرد، ساختند. تلاش‌هاي متعددي در اوايل قرن بيستم در جهت توسعه پيل‌سوختي انجام شد كه به دليل عدم درك علمي مسئله هيچ يك موفقيت آميز نبود. علاقه به استفاده از پيل سوختي با كشف سوخت‌هاي فسيلي ارزان و رواج موتورهاي بخار كمرنگ گرديد.
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 ميلادي با اوج گيري فعاليت‌هاي مربوط به تسخير 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. ايالات متحده فنآوري پيل سوختي را در برنامه فضايي Gemini استفاده نمود كه اولين كاربرد تجاري پيل‌سوختي بود.
پرت و ويتني دو سازنده موتور هواپيما 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 كاربرد پيل‌هاي سوختي در اين پروژه‌ها، دولت‌ها و شركت‌ها به اين فنآوري جديد به عنوان منبع مناسبي براي توليد 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 مولدهاي نيروگاهي پيل‌سوختي بسيار گسترده است و كاربردهاي دولتي، نظامي و صنعتي را شامل مي‌شود. همچنين به عنوان نيروي پشتيبان در مواقع اضطراري در مخابرات، صنايع پزشكي، ادارات، بيمارستان‌ها، هتل‌هاي بزرگ و سيستم‌هاي كامپيوتري به كار مي‌رود.
پيل‌هاي سوختي نسبتاً آرام و بي‌صدا هستند لذا جهت توليد برق و الکتریک محلي مناسبند. علاوه بر كاهش نياز به گسترش شبكه توزيع برق و الکتریک، از گرماي توليدي از اين نيروگاه‌ها مي‌توان جهت گرمايش و توليد بخار آب استفاده نمود.
اين نيروگاه‌ها در مصارف كوچك بازدهي الكتريكي بالايي دارند و همچنين در تركيب با نيروگاه‌هاي گاز طبيعي بازدهي الكتريكي آنها به 70-80% مي‌رسد.
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 يك منبع انرژي خاص نيست.
از زمانيكه اولين پيل‌سوختي نيروگاهي در دهه 60 توليد گشت، تا كنون در مجموع 650 سيستم كامل با توان بيش از 10 كيلووات (ميانگين آن 200 كيلووات 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 كار رفته است. در ابتدا از پيل‌سوختي اسيد فسفريك آغاز گرديد و سپس پيل‌سوختي پليمري و پيل‌سوختي كربنات مذاب جايگزين آن گشتند. در حاليكه پيل‌سوختي اكسيد جامد در آينده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پيل‌هاي سوختي نيروگاهي كوچك (زير 10 كيلووات) نيز رشد قابل ملاحظه‌اي را شاهد بوديم. تعداد اين واحدها اكنون به 1900 رسيده است. اين سيستم جهت مصارف خانگي و بازارهايي از قبيل UPS ونيروي پشتيبان در اماكن دوردست كاربري دارد. نيمي از محصولات در آمريكاي شمالي توسعه يافته است.
در بخش سيستم‌هاي نيروگاهي كوچك 20 درصد سهم بازار را پيل‌سوختي اكسيدجامد و مابقي را پيل‌سوختي پليمري تشكيل مي‌‌دهد. بازار پيل‌سوختي كوچك در ژاپن كه 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 كوچك آغاز شده است كه از جمله آنها سيستم GenCore شركت Plug Power مي باشد(توان 5 كيلووات، 15000 دلار)
دولت ژاپن حمايت خود از توسعه پيل‌هاي سوختي نيروگاهي در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شركت هاي ژاپني گاز توكيو و Osaca از بزرگترين شركت هاي توسعه دهنده اين فنآوري مي‌باشند.
اين متن به سفارش وبسايت پارسيان الكتريك لاله زار بخش مقالات برق و الکتریک و الكتريك گردآوري شده است.شمارگان297
گردآوري و تدوين: فاطمه فروغي