أخبار ar.wedoany.com، أعلنت شركة ITM Power، المُصنّعة للمحلّلات الكهربائية في بريطانيا، وشركة Gore المتخصصة في البوليمرات المفلورة، أنهما أثبتتا قدرة غشاء تبادل بروتوني (PEM) فائق الرقة على تحقيق كفاءة أعلى ومتانة طويلة الأمد في إنتاج الهيدروجين الأخضر في آن واحد.
أظهرت النتائج المنشورة في ورقة بيضاء لشركة Gore أن غشاءً معززاً بسماكة 50 ميكرومتراً عمل لمدة 11,000 ساعة في "ظروف ذات صلة صناعية"، مع الحفاظ على معدل تدهور منخفض، ونفاذية منخفضة للهيدروجين، وكفاءة عالية.
يُعد هذا الغشاء النموذجي أرق بشكل ملحوظ من العديد من أغشية PEM المستخدمة في المحلّلات الكهربائية التجارية حالياً، والتي يتراوح سمكها عادة بين 100 و180 ميكرومتراً.
استناداً إلى عدة مؤشرات أداء، بما في ذلك تدهور الجهد، ونفاذية الهيدروجين، ومعدل إطلاق الفلورايد، قدّرت كل من ITM وGore أن مفهوم هذا الغشاء يمكن أن يحقق عمراً تشغيلياً يبلغ حوالي 80,000 ساعة.
هذا الرقم هو تقدير يستند إلى اتجاهات التدهور الملاحظة، وليس إلى مدة تشغيل فعلية.
على الرغم من أن المُصنّعين يسعون باستمرار إلى تقليل سمك الغشاء لخفض المقاومة الكهربائية وزيادة الكفاءة، إلا أن الأغشية الأرق كانت ترتبط تقليدياً بزيادة نفاذية الهيدروجين ومشاكل التدهور.
خلال ندوة عبر الإنترنت، صرّحت الدكتورة نعيمة هيك، المديرة التقنية لشركة Gore في مجال الطاقة النظيفة لمنطقة أوروبا والشرق الأوسط وأفريقيا، بأن الصناعة لم تعد تنظر إلى تصميم الأغشية على أنه مجرد مقايضة بسيطة بين المزايا والعيوب.
وقالت: "إن مفهوم الغشاء بسماكة 50 ميكرومتراً الذي نناقشه يُظهر بالفعل فوائد في تحسين كفاءة الخلية، كما يُظهر إمكانية الحفاظ على تشغيل مستقر وآمن على مدى فترة زمنية طويلة."
يجمع النموذج الأولي الأحدث بين غشاء PFSA معزز بـ PTFE الموسع بسماكة 50 ميكرومتراً وتصميم محفز مركب مُحسّن. وفقاً للورقة البيضاء، تم اختبار الغشاء لأكثر من 11,000 ساعة في كومة قصيرة بمساحة نشطة تبلغ 130 سم²، عند درجة حرارة 55 درجة مئوية، وكثافة تيار 3.3 أمبير/سم²، وفرق ضغط يبلغ 20 بار.
سجل الاختبار معدل تدهور في الجهد يبلغ 1.2 ميكروفولت/ساعة، أي ما يعادل تدهوراً في الأداء أقل من 0.6% سنوياً. وظلت نفاذية الهيدروجين أقل من 0.4% طوال فترة الاختبار، وتراوحت الكفاءة بين 48.3 و49.5 كيلوواط/ساعة لكل كيلوغرام من الهيدروجين.
أفادت الشركتان أن هذا الغشاء يُظهر انخفاضاً في المقاومة السطحية النوعية بنحو 40%، وزيادة في الكفاءة بنحو 4%، مقارنة بالنموذج الأولي الأقدم بسماكة 85 ميكرومتراً (والذي تراكمت لديه 28,000 ساعة اختبار).
في عملية تشغيل استمرت عاماً واحداً في مصفاة شل في راينلاند (بإجمالي 30,000 ساعة)، سجل محلل كهربائي من ITM بقدرة 10 ميغاواط متوسط كفاءة يبلغ 49 كيلوواط/ساعة لكل كيلوغرام من الهيدروجين، ومعدل تدهور قدره 0.09% لكل 1,000 ساعة تشغيل.
تم إطلاق هذا المشروع استجابةً لما وصفته الشركتان بنقص البيانات العامة حول المتانة طويلة الأمد لمحلّلات PEM الكهربائية التي تعمل في ظروف تجارية.
صرّح فريديريك مارشال، المدير التقني لشركة ITM، بأن متانة الغشاء غالباً ما يُساء فهمها في الصناعة.
وأشار إلى أن هذا التعاون يهدف إلى فهم أعمق لسلوك الغشاء وآليات التدهور، مما يمكّن الشركتين من دفع حدود الأداء مع تقليل المخاطر التقنية.
ترى الشركتان أن هذا العمل قد يؤدي في النهاية إلى خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين عن طريق تقليل الكهرباء اللازمة لإنتاج كل كيلوغرام من الهيدروجين.
عند مناقشة الأثر الاقتصادي، قالت هيك: "إن أكثر نقطة واضحة لخفض التكلفة هي أولاً، إذا نظرنا إلى الأغشية الرقيقة، فإنها يمكن أن تساعد في تقليل مدخلات الطاقة المطلوبة، مما سيؤدي إلى انخفاض التكلفة المعادلة للهيدروجين."
وأشار مارشال إلى أن التأثير قد يتجاوز التحسينات التدريجية.
وقال: "نتوقع أن تصل الزيادة النسبية في الكفاءة إلى مستويات كبيرة تتجاوز العشرات بالمائة، مقارنة بالمستويات التي تحققها أحدث التقنيات اليوم. وبالتالي، سيكون لهذا تأثير تحويلي وجوهري."
على الرغم من أن هذا الغشاء لا يزال في مرحلة التطوير التقني وليس منتجاً تجارياً، إلا أن Gore أكدت أن هذه النتائج تُستخدم حالياً لتوجيه تطوير الجيل التالي من أغشية PEM للمحلّلات الكهربائية.
كما أشارت الشركتان إلى أن هذه النتائج توفر منصة لمزيد من الاستكشاف في مجالات التشغيل في درجات حرارة أعلى، وكثافات تيار أعلى، وحتى تصاميم أغشية أرق.
