خلايا الوقود cells Fuel :

‏تحمل هذه الوسائل التي تولد الكهرباء بدون تحريك أجزائها الآلية ، إمكانيات مهمة جدا . فقد عرفت إمكاناتها النظرية منذ عهد طويل ، لكن وحداتها التطبيقية لم تصبح ممكنة إلا في وقت متأخر، ومما يحد من مداها حتى اليوم حاجتها إلى وقود نظيف تماما . وخلية الوقود في الأساس جهاز لا يحتوي على أجزاء متحركة ، يمكن فيه لوقود كالهيدروجين أو الغاز الطبيعي أو الميثانول أو البروبان أن يتحول مباشرة إلى ضعف الطاقة الكهربائية التي تنتج من مجموعة المرجل - العنفة - المولد . يصل مردود هذا الجهاز إلى40  ‏- 80 %  مقابل النسبة العادية 25 ‏- 40 % ‏.

‏تختلف خلية الوقود عن البطارية المختزنة الغلفانية Battery  Storage ‏في أنه يتم إدخال وقودها الغازي أو السائل وكذلك عامل الأكسدة من الخارج ، بينما تحتفظ البطارية الغلفانية بوقودها الصلب وعامل الأكسدة على صفائح وتعمل على استهلاكهما . تعمل خلية الوقود بطريقة كهربائية كيميائية ، أو بتعبير حرفي أكثر بطريقة " كيميائية كهربائية " ، كما تبين الصورة 1 ‏- 1 ‏. هذه الخلية عمليا عبارة عن مفاعل يصل فيه الهيدروجين كتيار تغذية أو وقود إلى حيز فارغ مواز لأنود Anode  ‏التوصيل الكهربائي المسامي . يمكن صنع هذا الأنود من الكربون المسامي مع مادة حفازة معدنية كالبلاتين الذي يعمل كيميائيا على تبديل ذرات الهيدروجين إلى أيونات هيدروجينية مشحونة إيجابيا وإلى إلكترونات . تترك الإلكترونات الأنود وتنجز العمل وتدخل إلى الكاثود  Cathode ، وأثناء ذلك نهاجر الأيونات المشحونة إيجابيا عبر الإلكتروليت Electrolyte ‏( KOH او H2SO4 50 % مثلا  ) المجتذب من قبل أكسجين الكاثود . ولإكمال التفاعل يحتجز الأكسجين الالكترونات أيضأ ، ويتولد الماء ويطرح من الخلية . تنظم الخلية بحيث يتوجب على الإلكترونات أن تنتقل إلى الأنودات ، وتغادر الخلية عبر سلك ، وتدخل الخلية من جديد إلى الكاثود . عندما تكون الإلكترونات خارج الخلية تشكل تيارا كهربائيا وتعطي عملا .                  

 ‏الصورة 1 ‏- 1 ‏. خلية وقود هيدروجينية - أكسجينية ينقل التيار  في داخلها بواسطة أيونات الهيدروجين المتحركة .

‏يشير النقص في الطاقة الحرة إلى أن الهيدروجين والأكسجين سيتفاعلان ‏بسرعة أكبر؛ وخلية الوقود سوف تؤمن تلك الألية . تعمل خلايا وقود الأكسجين- الهيدروجين عند درجة الحرارة 25 ‏مئوية ، واذا علمنا أن الخلية المفردة تنتج حوالي فولطا واحدا من التيار المستمر فقط ، وبالتالي نحتاج إلى خلايا عديدة على شكل متسلسل لإنتاج الفولطية المفيدة .

‏استخدام الغاز الطبيعي أو البروبان في خلايا الوقود ، في مناطق كثيرة من الولايات المتحدة أقل كلفة بكثير من شراء الكهرباء المولدة . و تخفض التكلفة عند استخدام الهواء بدلا من الأكسجين كمؤكسد . تمت دراسة كثير من المواد الكيميائية  الأخرى لاستخدامها في تشغيل خلايا الوقود . والخلايا الشائعة تعمل على أكمدة الميتانول إلى حمض الفورميك . ومن المسائل التي يتوجب إيجاد حلول لها هي التكاليف النسبية والتصميم العملي لخلية كفوءة . تعد خلايا الوقود من الوسائل المهمة ‏لإنتاج الطاقة النافعة والتي يجري بحثها في هذه الأيام .

‏تبين الصورة 2 ‏- 1 ‏نموذجا لخلية وقود تجارية لتوليد الكهرباء بمردود يزيد على 40‏ % . فإذا ما وضعت وحدة من هذا النوع حيث يمكن استخدام الحرارة المهدورة المتولدة للتدفئة ( مكاتب ، شقق سكنية ، منازل ا فإنه يمكن الحصول على أكثر من 80 ‏% من المردود الحراري ، وتنخفض أيضا تكاليف نقل الكهرباء عندما يكون جهاز التوليد قريبا من المستهلك . وبما أن هذه الوحدات هادئة وغير ملوثة فإنها يمكن وضعها في المناطق السكنية .

الصورة 3-1 . نموذج التكنولوجيات الموحدة مشتت 26-MW قيد التطوير للاستخدام الكهربائي العام ، صمم لتوليد الكهربائي بمردود 40% . تستخدم فيه النفتا naphtha كوقود .