كيف تولّد خلايا الوقود الهيدروجينية الكهرباء فعلياً؟

لا تشبه خلية الوقود الهيدروجينية البطارية في شيء تقريباً، رغم أن الناس كثيراً ما يخلطون بينهما. تُخزّن البطارية كمية ثابتة من الطاقة الكيميائية وتنفد مع الاستخدام، أما خلية الوقود فتستمر في توليد الكهرباء طالما استمر تدفق الهيدروجين والأكسجين إليها.

التفاعل الأساسي

يدخل غاز الهيدروجين خلية الوقود من جهة، وينقسم إلى بروتونات وإلكترونات عند قطب مغطى بعامل حفّاز. تعبر البروتونات غشاءً خاصاً نحو القطب الآخر، بينما تُجبر الإلكترونات على المرور عبر دارة خارجية، فتولّد تياراً كهربائياً قابلاً للاستخدام في طريقها. عند القطب الآخر، تتحد البروتونات والإلكترونات مع الأكسجين الوارد لتكوّن الماء. النواتج الثانوية الوحيدة هي الماء والحرارة، من دون احتراق أو انبعاثات كربونية من التفاعل نفسه.

لماذا يهم البلاتين

يحدث هذا التفاعل ببطء شديد من تلقاء نفسه بحيث لا يكون مفيداً، لذا تعتمد خلايا الوقود على عامل حفّاز، غالباً البلاتين، لتسريعه. البلاتين معدن نادر وباهظ الثمن، لذا يحاول المهندسون توزيعه بأرق طبقة ممكنة، عادةً على شكل جسيمات نانوية لا يتجاوز حجمها بضع نانومترات، لتعظيم مساحة السطح المكشوفة لكل غرام مستخدم. المشكلة أن هذه الجسيمات الدقيقة غير مستقرة: فقد تذوب أو تتكتل أو تنتقل مع الوقت، ولهذا يركّز جزء كبير من أبحاث خلايا الوقود على متانة العامل الحفّاز لا على الكيمياء الأساسية، المفهومة منذ أكثر من قرن.

أين تُستخدم خلايا الوقود

تُشغّل خلايا الوقود بالفعل بعض الحافلات والرافعات الشوكية وأنظمة الطاقة الاحتياطية وعدداً صغيراً من سيارات الركاب. تكمن جاذبيتها لمستهلكين أكبر، مثل مراكز البيانات أو المصانع، في إمكانية توليد الكهرباء موقعياً من الهيدروجين بدل الاعتماد كلياً على الشبكة الكهربائية، شرط أن يكون إنتاج الهيدروجين نفسه نظيفاً.