صناعة خلايا الوقود الهيدروجيني

الطاقة - صناعة الوقود الهيدروجيني

 image001

سنتعلم اليوم كيف نقوم بصنع وقود هيدروجيني. يقوم الوقود الهيدروجيني بتوليد الطاقة الكهربائية بهدوء وبكفاءة وبدون تلويث أيضا. على عكس مصادر الطاقة التي تستخدم الوقود الاحفوري، حيث أن نواتج الوقود الهيدروجيني هي الحرارة والماء فقط.


مقدمة

 

للماء أهمية خاصة تختلف عن باقي العوامل اللاإحيائية، فهو احد المواد الاكثر انتشارا على سطح الكرة الارضية، حيث ان ثلاثة ارباع سطحها مغطى بالماء. الماء من أهم عناصر الحياة، فهو المكون الأساسي لتركيبة الخلية، حيث يكوّن القسم الأعظم من جميع الخلايا الحية في مختلف صورها وأشكالها وأحجامها من النبات والحيوان والإنسان.

 

فالماء سبب حياة كل شيء حي على سطح الأرض فقد قال الله سبحانه وتعالى {وجعلنا من الماء كل شيء حي أفلا يؤمنون} الأنبياء الآية 30.

image002

يتكون الماء من غاز قابل للاشتعال وآخر مساعد على الإشتعال وهما الهيدروجين والأوكسيجين على التوالي. تتكون جزيئة ماء واحدة من ذرة أوكسيجين وذرتين اثنين من الهيدروجين.

 

في تجربة هذا اليوم سنتمكن بكل بساطة من فصل ذارت جزيئات الماء. أي سنفصل الأوكسيجين عن الهيدروجين حتى نتمكن من استخدام هذه الأخيرة كمصدر نظيف للطاقة.

image003

خلية الوقود الهيدروجيني

 

تتكون خلية وقود هيدروجيني مفردة من إلكتروليت محصور بين قطبين، مصعد ومهبط. كما تساعد صفائح ثنائية القطبية متوضعة على جانبي الخلية في توزيع غازات الوقود وتعمل أيضا كمُجمعات للتيار الكهربائي الناتج عن خلية الوقود.

 

يعتمد مبدأ عمل خلية الوقود الهيدروجيني التي سنقوم بشرح طريقة تصنيعها في هذا المقال على عملية التحلل الكهربائي ( أوElectrolysis) حيث يتفكك الماء في هذه العملية إلى مركباته الأساسية، الهيدروجين والأوكسجين، وذلك بتمرير تيار كهربائي عبر الماء.

image004

 وعند إزالة مصدر الطاقة الكهربائية (في حالتنا سنستخدم بطارية كما سيمر معنا لاحقاً)، فإن ذرات الهيدروجين والأوكسجين تعود لتتحد معاً مما يؤدي إلى توليد طاقة كهربائية نقوم بالإستفادة منها في تشغيل الأجهزة الكهربائية.

 

ما تبقى من المقال نشرح فيه طريقة ميسرة جدا للحصول على خلية وقود هيدروجيني بسيطة. رغم بساطة المبدأ إلا أنه بإمكانك استخدام هذه الطريقة لتصميم خلايا بحاويات أكبر ولا تنسى أن تضفي عليها تصميما براقا فهو من بين أسرار النجاح والتقدم القوية.

image005

 


تطبيقات

 

السيارات الهيدروجينة

يوجد ما يسمى بالسيارت الكهربائية أي التي هي شبيهة بالروبوتات الصغيرة التي تشتغل بمحركات كهربائية. إذا كانت السيارة تحتوي على محرك كهربائي فلابد لها من بطارية كهربائية. عوضاً عن استعمال البطاريات التقليدية، يمكننا تعويضها ببطارية تعمل بالطاقة الهيدروجينية.

image006

 

 

البطارية الهيدروجينة

تعتبر البطارية الهيدروجينية (خلية الوقود الهيدروجيني) أداة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية أي أنها تقوم من خلال تفاعلات كيمائية بتحويل الهيدروجين والأوكسجين إلى ماء وينتج عن هذه العملية طاقة كهربائية.

 

وبالمقارنة مع البطارية التقليدية المعروفة فإن الإختلاف يكمن في أن المواد الكيميائية الداخلة في التفاعل لتوليد الكهرباء هي جزء من تركيب البطارية وتوجد في داخلها، وبإنتهاء المواد الكيميائية فإن هذه البطارية  تصبح عديمة الفائدة ويتم إستبدالها أو إعادة شحنها مرة أخرى, في حين أن خلايا الوقود لا يمكن أن تنتهي فهي تعمل بإستمرار لأن مصدر المواد الكيميائية هي من الهواء.                                       

 image007

وبذلك، ربما يمكن لخلايا الوقود أن تحل محل محركات الإحتراق الداخلي (combustion engines) بسبب نظافتها و فعاليتها الطاقية العالية. 

 

 

الصواريخ الهيدروجينية

تستخدم هذه الصواريخ لتأمين قوة الدفع اللازمة للمكوك الفضائي أثناء رحلاته الإستكشافية لسبر أغوار الفضاء.

 

يعتمد مبدأ عمل الصواريخ الهيدروجينية على التحلل الكهربائي للماء، حيث ينتج عن هذه العملية (كما مر معنا) غازي الهيدروجين والأوكسجين. بعد ذلك يتم تمرير هذا المزيج الغازي ضمن حجرة الإحتراق، حيث يشتعل الهيدروجين والاوكسجين بسرعة كبيرة فيعودان لتشكيل الماء.

 

البخار الساخن الناتج عن عملية الإحتراق يكون ذو ضغط عالي جدا، وعندما يتمدد فإنه يقوم بإطلاق الصاروخ إلى أعلى.

image008

حيث تنتج قوة دفع هائلة للصاروخ بسبب سرعة وحجم غازات العادم (التي هي في معظمها عبارة عن بخار الماء) الناتجة عن حدوث عملية الإحتراق في درجات الحرارة العالية.

  


المواد الأساسية

 

لصنع خلية وقود هيدروجيني يجب أن تتوفر المواد التالية:

1- دورق (أو كأس عادي)

 

للإشارة فقط فإن الدورق عبارة عن كأس عادي به سلم مُدرج في جانبه يعينك على معرفة حجم السائل المصبوب فيه.

image009

2- شريط كهربائي

image010

3- أسلاك الوصل

 image011

4- مسمار

image012

5- عود المثلجات

image013

6- كماشة دقيقة الرأس

image014

7- سلك مصنوع من خليطة معدنية (نيكل- كروم) مطلي بطبقة من معدن البلاتينيوم

image015

8- بطارية ذات جهد 9 فولط

image016

سلك البلاتينيوم

 

خذ سلك من البلاتينيوم بطول 30 سم تقريباً وقم بقصه إلى جزئين متساويين، بحيث يكون طول كل جزء 15 سم.

 

بعد ذلك قم بلف كل سلك على مسمار بحيث تأخذ هذه الأسلاك شكل النابض، و اترك حوالي 2.54 سم من نهاية كل سلك " بشكل حر" أي بدون لف على المسمار.

 

هذه الأسلك ذات الشكل النابضي، ستلعب دور الأقطاب في خلية الوقود الهيدروجيني التي سنقوم بصنعها.

 


اللصق

 

الآن نستخدم الشريط من أجل عملية لصق النهاية الحرة (2.54 سم) من سلك البلاتين على عود المثلجات. أيضاً مع ترك جزء بشكل حر من السلك عند نهايته. قم بفعل ذلك لكل من الإلكترودين.

 


أسلاك الوصل

 

تم صنع أسلاك الوصل من سلك ذو قوامط تمساحية الشكل متوضعة عند نهايته، بحيث يمكنها أن ترتبط بأي شئ تقريباً. قم بربط القوامط التمساحية عند النهاية الحرة للإلكترودات.

 


عود المثلجات

 

قم بوضع عود المثلجات مع الإلكترودات المرتبطة بها فوق دورق مملوء بالماء. كن واثقاً بأن الإلكترودات مغمورة بالماء وغير متلامسة مع بعضها البعض. 

 


المقياس المتعدد الإلكتروني (multimeter)

 

قم بوصل النهاية الأخرى لأسلاك الوصل إلى المقياس المتعدد الإلكتروني multimtere، ويجب أن تكون قراءة المقياس 0.001 أو 0.000وكلا القرائتين صحيحة. الآن بعد ذلك قم بفصل أسلاك الوصل عن المقياس المتعدد الإلكتروني.

 


البطارية بجهد 9 فولط

 

الآن قم بوصل الأسلاك إلى بطارية ذات جهد 9 فولط و إتركها لفترة زمنية تساوي واحد ثانية. ستلاحظ تشكل فقاقيع على أحد الإلكترودات، و عندها قم بفصل البطارية عن الأسلاك فوراً وقم بوصل الأسلاك إلى المقياس المتعدد الإلكتروني. الآن ستظهر على شاشة المقياس قيمة للجهد مثلاً 0.43 فولط أو 0.85 فولط، وذلك بالإعتماد على الزمن الذي بقيت فيه الأسلاك موصولة بالبطارية.

 

يمكن إستخدام هذا الجهد الذي تم الحصول عليه لتشغيل أجهزة صغيرة كشاشات ال LED. كما أنه على مقياس أكبر، من الممكن أن نزود السيارات و الأجهزة الكهربائية المنزلية الكبيرة بالطاقة الكهربائية المُنتجة بإستخدام هذه الخلايا الهيدروجينية.

 


وفي النهاية

 

تهانينا، الآن أصبحت خلية الوقود الهيدروجيني خاصتك جاهزة، ويمكنك تشغيل الأجهزة الصغيرة من خلال تزويدها بالطاقة الكهربائية المُنتجة بواسطة خلية الوقود الهيدروجيني التي صنعتها بنفسك.

 

ملاحظة: إذا ما تم إبقاء مزود الطاقة ( البطارية ذات الجهد 9 فولط) موصول بالأسلاك لفترة طويلة، فإن هذا سيمكنك من تشغيل الأجهزة الكهربائية لفترة زمنية أطول.

 


تأليف

 

تأليف: محمد إبراهيم آغا (حلب، سوريا)

البريد الإليكتروني:عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

 

تم الإستعانة بمعلومات عامة عن الطاقة الهيدروجينية وأفكار مؤلف باكستاني من كارتشي وصفحته الشخصية هي howtowithmanish.

 


إنتاج

 

الموقع اصنعها 2012.


 المراجع

 

http://www.instructables.com/id/How-to-Make-A-Simple-Hydrogen-Fuel-Cell/?ALLSTEPS 

http://www.chemforlife.org/teacher/topics/hydrogen_rocket.htm


 

التعليقات   

 
ahmed hameed
0 # ahmed hameed 2015-03-19 04:58
هل نقوم بتغيير الماء و اذا كانت الاجابة نعم فكل متي تتغير؟ و كم الفترة المطلوبة لسشحن جهاز موبايل علي سبيل المثال؟
رد | رد مع اقتباس | اقتباس | تقرير إلى المدير
 

أضف تعليق


كود امني
تحديث


Go to top