سلول‌های سوخت پاک می‌توانند آنقدر ارزان باشند که جایگزین موتورهای بنزینی در وسایل نقلیه شوند

Xianguo لی با وسیله نقلیه آزمون سلول سوخت در آزمایشگاه خود. اعتبار: UWaterloo
 
به گفته محققان دانشگاه واترلو، پیشرفت در سلول های سوختی با انتشار صفر می تواند تکنولوژی ارزان قیمتی را برای جایگزینی موتورهای بنزینی سنتی در وسایل نقلیه به وجود آورد.
 
محققان سلول سوخت جدیدی را ایجاد کرده اند که طول عمری حداقل 10 برابر طول عمر سلول های سوخت فعلی دارد. این بهبودی‌ای است که در صورت تولید انبوه و توان بخشی وسایل نقلیه با برق، باعث می شود آنها از لحاظ اقتصادی کارآمد باشند.
 
Xianguo لی، مدیر آزمایشگاه سلول سوختی و انرژی سبز در واترلو گفت: "با استفاده از روش طراحی ما، هزینه را می توان قابل مقایسه و یا حتی ارزان تر از موتورهای بنزینی ساخت. آینده بسیار روشن است. این انرژی پاک است که می تواند رونق بگیرد."
 
محققان در ابتدا روی وسایل نقلیه هیبریدی متمرکز شدند که در حال حاضر، به خاطر موضوعات درگیر با برد محدود رانندگی و زمان های طولانی شارژ، هم موتور بنزینی و هم باتری  دارند.
 
سلول های سوخت موجود می توانند به لحاظ نظری جایگزین موتورهای بنزینی شوند، که ژنراتورهایی را برای شارژ مجدد باتری ها، در حالی که وسایل نقلیه هیبریدی در حال کار هستند، به کار می اندازند، اما به علت این که خیلی گران هستند غیر عملی‌اند.
 
محققان این مشکل را با یک طراحی حل کردند که سلول های سوخت را با تحویل یک مقدار ثابت و نه نوسان کننده‌ی برق بسیار بادوام تر می سازد.
 

Xianguo Li با یک سلول سوختی در آزمایشگاهش. اعتبار: UWaterloo
 
این به این معنی است که سلول هایی که از واکنش شیمیایی هنگام ترکیب هیدروژن و اکسیژن برای تولید آب، برق تولید می کنند، می توانند بسیار ساده تر و بنابراین بسیار ارزان تر شوند.
 
لی، استاد مهندسی مکانیک و مکاترونیک، گفت: "ما راهی برای کاهش هزینه ها پیدا کرده ایم و همچنان انتظارات قابلیت دوام و عملکرد را برآورده می کنیم." "ما در حال دستیابی به اهداف اقتصادی هستیم در حالی که انتشار صفر را برای یک برنامه کاری حمل و نقل فراهم کرده ایم."
 
محققان امیدوارند معرفی سلول‌های سوخت در خودروهای هیبریدی منجر به تولید انبوه و کاهش هزینه های واحد شود. این امر می تواند راه را برای جایگزینی هر دوی باتری و موتور بنزینی به طور کامل با ارائه منبع قدرت الکتریکی ارزان، مطمئن، قابل اعتماد، و پاک هموار سازد.
 
لی گفت: "این یک قدم اولِ خوب است. یک انتقال به آنچه که می تواند پاسخی به موتور احتراق داخلی و آسیب زیست محیطی عظیم آن باشد."
 
لی با پژوهشگر سرپرست Hongtao Zhang، یک فرد پسا دکترای پیشین، استاد ریاضیات واترلو Xinzhi لیو، و Jinyue یان، که یک متخصص انرژی و استاد در سوئد است، همکاری کرد.
 
یک مقاله در مورد کارشان، افزایش دوام سلول سوخت برای خودروهای الکتریکی هیبریدیِ راحتِ سلول سوخت از طریق مدیریت استراتژیک توان، در مجله Applied Energy به چاپ رسیده است.
 

 

اعتبار: دامنه عمومی CC0
 
یک سیستم توزیع جدید که توسط محققان دانشگاه واترلو طراحی شده است، قیمت برق را تا بیش از پنج درصد کاهش می دهد در حالی که همچنین قابلیت اطمینان سرویس را بهبود می بخشد.
 
 
طراحی شامل یکپارچه کردن دو نوع جریان الکتریکی است که توانبخشِ خانه ها، صنایع و خودروهای الکتریکی هستند - جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC).
 
محققان با طراحی سیستمی که هر دو نوع جریان را به جای توزیع تنها جریان متناوب که اکنون در سراسر جهان متداول است به مشتری تحویل دهد متوجه کارایی‌های آن شده اند.
 
رویکرد آنها تبدیل های لازم از یک نوع جریان به دیگری را کمینه می کند و یکپارچه سازی فناوری های سبز در حال رشد را آسان تر می سازد.
 
هیثم احمد، دانشجوی پسا دکترایی که این تحقیق را با همکاران مهندسی برق در واترلو رهبری کرد، گفت: "کمینه کردن الزامات تبدیل توان، خالق یک سیستم ساده تر با کارایی بزرگتر و اتلاف کمتر است." پیشرفت در سلول های سوختی با انتشار صفر می تواند تکنولوژی ارزان قیمتی را برای جایگزینی موتورهای بنزینی سنتی در وسایل نقلیه به وجود آورد. "همان طور که تعداد مبدل ها را کاهش می دهید، همچنین شانس قطعی های سیستم بر اثر خرابی ها را کاهش می دهید."
 
شبکه های برق موجود می توانند اقدام به انتقال AC کنند به این دلیل که از ترانسفورماتورهای قدرت به منظور افزایش ولتاژ برای افزایش کارایی بیشتر انتقال به راه دور و کاهش ولتاژ برای اهداف توزیع استفاده می کنند.
 
در نتیجه، سیستم های توزیع که سپس برق را از ایستگاه های محلی به مصرف کننگان نهایی تحویل می دهند نیز حامل AC هستند.
 
این به این معناست که دستگاه های الکترونیکی مانند رایانه ها، تلویزیون ها و گوشی های هوشمند که همه آنها از توان DC استفاده می کنند، باید در بر دارنده‌ی مبدل های AC-DC باشند.
 
همچنین این به این معنی است که به وجود مبدل ها نیاز است تا اقدام به شارژ خودروهای الکتریکی دارای توان DC کنند و برق را به شبکه از منابع انرژی سبز، شامل پانل های خورشیدی و سلول های سوختی که DC تولید می کنند، تغذیه کنند.
 
سیستم ترکیبی جدید AC-DC ، که محصول مدل سازی و بهینه سازی کامپیوتری پیچیده‌ای است، مبدل های AC-DC را در نقاط استراتژیک خودِ سیستم توزیع معرفی می کند، به جای این که تنها در نقاط پایانی که مشتریان به آن دسترسی دارند این کار انجام شود.
 
در مقایسه‌ی سیستم توزیع هیبریدی AC-DC با یک سیستم AC تنها، تخمین زده شده است که بیش از 5 درصد صرفه جویی به دلیل اتلاف انرژی کمتر و هزینه های زیر بنایی پایین تر صورت می گیرد.
 
اگر دستگاه های الکترونیکی و وسایل الکتریکی دیگر نیاز به مبدل نداشته باشند، علاوه بر صرفه جویی ناشی از عدم نیاز به مبدل، به این دلیل ارزان تر خواهند بود که برق کمتری تولید و مصرف می‌کنند.
احمد گفت: "هنگامی که احساس می کنید که گرما از شارژر لپ تاپ شما ساطع می شود، این یعنی که انرژی از دست رفته است." "ما می توانیم این تلفات را حذف کنیم تا توان برقی کمتری مصرف کنیم."
 
انتظار می رود سیستم توزیع هیبریدی AC-DC بیشترین پتانسیل برای پذیرش را در مناطق جدید مسکونی و تجاری و یا زمانی که سیستم های موجود با پست های اضافی گسترش می یابند داشته باشد.

 
منبع: سایت تِک اکسپلور