خلايا وقود الكربون المذاب

خلايا وقود الكربون المذاب Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC) :

هي من أنواع خلايا الوقود ذات درجات الحرارة العالية درجة حرارة العمل المرتفعة تسمح باستخدام الغاز الطبيعي كوقود مباشرة بدون الحاجة لاستخدام وحدة لمعالجة الغاز fuel processor ويمكن استخدام وقود ذو طاقة حرارية منخفضة من المصانع ومصادر الوقود الأخرى. طورت خلايا وقود الكربون المائعة بمنتصف الستينات حيث تم تطوير طرق استخراج المواد المصنعة منها وتم تطوير أداءها وقدرت تحملها endurance.

تعمل خلايا الوقود MCFC بشكل مختلف تماما عن طريقة عمل بقية أنواع الخلايا . حيث أنها تستخدم محلول مكون من خليط من الأملاح الكربونية المذابة كوسيط. يستخدم حاليا خليطا أملاح هي : كربونات الليثيوم lithium carbonate وكربونات البوتاسيوم potassium carbonate أو كربونات الليثيوم وكربونات الصوديوم sodium carbonate . لإذابة أملاح الكربونات والحصول على حركة ايونات عالية في المحلول (الوسيط) لابد أن تعمل خلايا MCFC بدرجة حرارة عالية (650ºC).

عند تسخينها لدرجة حرارة (650ºC) أو أعلى يذوب الملح ويصبح المحلول ناقلاً لايونات الكربون carbonate ions (CO3-2) . تتدفق هذه الايونات من القطب السالب للقطب الموجب حيث ندمج مع الهيدروجين لإعطاء ماء وثاني أكسيد الكربون carbon dioxide والالكترونات، حيث تسري هذه الالكترونات بدارة خارجية وتعود للقطب السالب مولدة كهرباء وحرارة .

التفاعلات في القطب الموجب

(Anode Reaction)

CO2- + H2 ⇒ H2O + CO2 + 2e-

التفاعلات في القطب السالب

(Cathode Reaction)

CO2+ 1/2O2 + 2e- ⇒ CO2-

التفاعل النهائي

(Overall Cell Reaction)

H2(g) + ½O2(g) + CO2 (cathode) => H2O(g) + CO2 (anode)

درجة حرارة العمل العالية لخلايا MCFCs لها مزاياها ومساؤها مقارنة مع خلايا الوقود ذات الدرجات الأخفض (PAFC and PEFC ) ، بدرجات الحرارة العالية تتم عملية تشكيل الوقود من الغاز الطبيعي ذاتيا (داخل الخلايا), مما يقلل الحاجة لنظام معالجة وقود خارجي.تتضمن أيضا فوائد إضافية مثل القدرة على استعمال مواد قياسية للبناء مثل صفائح ستانلس ستيل stainless steel sheet (حديد مقاوم للصدأ) ويمكن استخدام سبيكة أساسها نيكل كمحفز على الأقطاب. الحرارة التي هي ناتج ثانوي لخلايا الوقود MCFC يمكن استخدامها لتوليد بخار ذو ضغط عالي يستخدم في العديد من التطبيقات التجارية والصناعية.

درجة حرارة العمل العالية لخلايا الوقود لها مساوئها أيضاً, حيث تتطلب درجة الحرارة العالية وقت أطول للوصول لظروف التشغيل النظامية و عدم القدرة على تلبية الطلب المتغير باستمرار للكهرباء. هذه الخصائص تجعل من خلية وقود الكربون المائعة أكثر ملائمة لتطبيقات توليد الكهرباء الثابتة. من مساوء هذا النوع من الخلايا أيضاً أن الوسيط الكربوني لها يمكن أن يسبب تآكل للأقطاب، علاوة على ذلك بما أن ثاني أكسيد الكربون يستهلك في القطب الموجب ويمرر للقطب السالب, توفر ثاني أكسيد الكربون والتحكم بكميته في الهواء هو أمر ضروري للوصول إلى الأداء المثالي للخلية وهو أمر غير موجود في خلايا الوقود الأخرى.

السلام عليكم..

اشكرك على هذا الطرح الجميل..

وان شاء الله الى الامام..

دمت بكل خير..

بالتوفيق..