د. ماهر مقبول شريف

يسعى العلماء في الوقت الحاضر جاهدين للوصول إلى وسائل جديدة لتوليد الطاقة للبشرية تعمل بأعلى نسبة كفاءة ممكنة. وقد توصلوا مؤخراً لأسلوب جديد يرفع هذه النسبة من 40 إلى 70 بالمائة. يعود الفضل في هذا الاكتشاف إلى مصممين هندسيين قاموا بربط ما يعرف بخلايا الوقود مع توربينات غاز صممت خصيصاً للعمل تحت ظل هذا التزاوج الفريد من نوعه.
أولاً يجب تعريف وشرح ماهية خلايا الوقود, بعد ذلك سأتطرق لتوضيح كيفية عمل توربين الغاز معه. تنقسم خلايا الوقود إلى قسمين: النوع الأول هو عضو البروتون المتبادل Proton Exchange Membrane (PEM) وهو النوع الذي يعمل على وقود الهيدروجين أو الميثانول بدرجات حرارة تتراوح ما بين 60 و 70 درجة مئوية. ونظراً لانخفاض درجة حرارة هذا النوع من الخلايا لذا يستخدم في تشغيل السيارات الكهربائية والهجينة. النوع الثاني هو أكسيد الوقود الصلب Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) الذي يعمل بدرجات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية والذي يمكن عند استخدامه توليد الطاقة الكهربائية من خلال الغاز الطبيعي أو الوقود الأحفوري. تصل قدرة هذا النوع من خلايا الوقود لتوليد طاقة لتتراوح ما بين 1 إلى 100 ميغاوات مما يجعله مرشحاً منطقياً لإيصال الكهرباء للمجمعات الصناعية أو التجارية, المستشفيات, المباني المكتبية, وحتى المطارات.
من أوائل الدول التي طبقت هذا النظام ألمانيا تتبعها فرنسا وأستراليا ومؤخراً الولايات المتحدة الأمريكية. أما عن كيفية عمل هذه الخلايا فهي تُحول الطاقة المحمولة مثل الغاز الطبيعي مباشرة إلى تيار كهربائي وبكفاءة عالية جداً. أولاً يُنزع عنصر الكبريت من الغاز, بعد ذلك وعلى درجات حرارة تناهز الألف درجة مئوية يُحول الغاز إلى هيدروجين وغاز أول أكسيد الكربون الذي بدوره يعبر خارج أنابيب مصنوعة من السيراميك. في المرحلة الثانية يُضخ الهواء إلى داخل هذه الأنابيب فتتفاعل أيوناته مع إليكتروليتات الزركونيا فترتبط جزيئاته مع الهيدروجين ليتكون منه الماء, ويتفاعل مع غاز أول أكسيد الكربون ليتكون منه غاز ثاني أكسيد الكربون. يعتبر بخار الماء و غاز ثاني أكسيد الكربون هما "أبخرة العادم" التي تنتج عن هذا التفاعل مما يجعله أسلوباً لتوليد الطاقة أكثر صداقة للبيئة إذا قورن بغيره. يتولد عن هذا النظام قوة كهربائية مباشرة DC يتم تحويلها إلى قوة مُتَنَاوِبة AC بواسطة محول ليتم تغذيته إلى الشبكة الكهربائية العمومية. أما عن الطاقة الحرارية الناتجة من هذا التفاعل فيتم إستغلالها لتوليد المزيد من الطاقة الكهربائية عن طريق توربين غاز متصل بهذا النظام ليرفع كفاءته الكلية فتصل إلى 60 و70 بالمائة, وهي نسب كفاءة لم يسبق لها مثيل من قبل.
ما زال الإنسان عبر طموحه الا محدود يثابر بشتى الوسائل لإيجاد الحلول للمصاعب التي تتراكم عليه جراء تقدمه العلمي. فكلما إزداد التقدم إزدادت معه العوائق التي لابد له من إجتيازها.