ඉන්ධන කෝෂ අඩුක්කුව (fuel cell stack)

මෝටර් රථ සඳහා ඉන්ධනයක් ලෙසින් හයිඩ්‍රජන් භාවිතා කිරීම ඔබට අලුත් ප්‍රවෘතියක් වන්නට විදියක් නැහැ කොහොම වුනත් හයිඩ්‍රජන් භාවිතා වන්නේ මෝටර් රථ සඳහා පමණක් නෙමෙයි. ස්ථාවර විදුලි ජනනය (stationary power generation) සඳහා ද හයිඩ්‍රජන් භාවිතා කරනවා.

මෝටර් රථයක හෝ ස්ථාවර විදුලි ජනනයකදී හෝ වන්නේ එකම කාර්යය. එනම්, හයිඩ්‍රජන් සහ ඔක්සිජන් එකිනෙක හා ප්‍රතික්‍රියා කර විදුලිය සහ තාපය නිපදවීම. මේ සඳහා භාවිතා කරන උපකරණයට කියන්නේ fuel cell stack එකක් කියල. මෙයට stack කියල කියන්නේ මෙහි fuel cell ගණනාවක් ඇති නිසා. මෙය ඉතාම පිරිසිදු විදුලි නිපදවීමේ ක්‍රමවේදයක්. ඒ වගේම තමයි කාර්යක්ෂමතාවය අතින්ද අන් සියලුම විදුලිජනන ක්‍රමවේද වලට වඩා ඉහල කාර්යක්‍ෂමතාවයකින් යුතුව විදුලිය නිපදවන්න පුළුවන්.

සාමාන්‍යයෙන් විදුලිබලාගාරයක් කිව්වම අපට මතක් වෙන්නේ ඉතා පුළුල් ඉඩක පැතිරුණු දුම් දමන විශාල ගොඩනැගිලි සහිත ස්ථානයක්. නමුත් හයිඩ්‍රජන් විදුලි බලාගාරයක් හෙවත් fuel cell stack එකක් බොහොම පොඩි ඉඩක් ගන්න උපකරණයක්. මධ්‍ය ප්‍රමාණයේ ශිතකරණයකට යන ඉඩ ප්‍රමාණය වගේ ඉඩක් තමයි ඔබගේ නිවසට අවශ්‍ය විදුලිය නිපදමට fuel cell stack  අවශ්‍ය වන්නේ. 

මේ ආකාරයට ප්‍රදේශීයව විදුලිය නිපදවාගැනීමට හැකි වීමේ වාසි බොහොමයක් තිබෙනවා.දැනට පවතින ක්‍රම අනුව විදුලිය නිපදවා එය බෙදා හැරීමේදී ඉතා දිගු දුරකට විදුලිය සම්ප්‍රේෂණය කරන්නට සිදුවෙනවා. මෙවිට ඇතිවන සම්ප්‍රේෂණ හානි (transmission losses) වගේම එවැනි දිගු දුර සම්ප්‍රේෂණ පද්ධතියක් ස්ථාපනය කිරීමට සහ එය පවත්වාගෙන යාමට යන වියදම වලක්වා ගන්න පුළුවන් ප්‍රදේශීය විදුලි ජනනයෙන්. ඒ වගේම ඇතැම් ව්‍යාපාර සහ කර්මාන්ත සඳහා විදුලිය බිඳවැටීම ඉතාම නරක අයුරින් බලපානවා. උදාහරණයක් ලෙසින්, online මූල්‍ය කටයුතු සිදු කරන ආයතන, ඉලෙක්ට්‍රොනික් චිප් නිෂ්පාදන ආයතන වැනි දේ දක්වන්න පුළුවන්. මෙවැනි ආයතන සඳහා අවශ්‍ය විශ්වාසනීයත්වය ඇති විදුලි සැපයුමක් (reliable power supply) ලබා දීමට දැනට පවතින grid එකට හැකියාවක් නැහැ. මේ නිසා මෙවැනි ආයතන සඳහා ප්‍රදේශීය විදුලි ජනනය ඉතා වැදගත්.

ස්ථාවර විදුලි ජනනය සඳහා භාවිතා කරන්නේ වාහන සඳහා භාවිතා කරන fuel cell වර්ගය නෙමෙයි. වාහන වල භාවිතා වන්නේ Polymer Exchange Membrane Fuel Cell හෙවත් PEMFC කියන ඉන්ධන කෝෂ විශේෂය. මේවා  ක්‍රියාත්මක වෙන්නේ සෙල්සියස් අංශක 100ක හෝ ඊට අඩු උෂ්ණත්වයක. ස්ථාවර විදුලි ජනනය සඳහා බොහෝ විට භාවිතා වන්නේ Solid Oxide Fuel Cell  හෙවත් SOFC යන කෙටි යෙදුමෙන් හඳුන්වන ඉන්ධන කෝෂ විශේෂය. සාමාන්‍යයෙන් SOFC ඉන්ධන කෝෂයක් ක්‍රියාත්මක වන්නේ සෙල්සියස් අංශක 700 -1000ක් තරම් ඉහල උෂ්ණත්වයක. මෙසේ ඉහල උෂ්ණත්වයක ක්‍රියාත්මක වන්නට බලපාන තාක්‍ෂණික හේතු සාධක තිබෙනවා. කොහොම වුනත් මේ ඉහල උෂ්ණත්වය නිසා මෙම fuel cell විශේෂයේ කාර්යක්ෂමතාවය වාහන වල භාවිතා කරන ඒවාට වඩා ඉහලයි. එපමණක් නොවෙයි, මේ අධික උෂ්ණත්වය භාවිතා කරන්න පුළුවන් ගෘහස්ත උණුසුම් කිරීම සඳහාත් (ශීත රටවල). මෙයට කියන්නේ combined heat and power හෙවත් CHP ලෙසින්. ඒ වගේම තමයි වාහන වල භාවිතා කරන PEMFC ඉන්ධන කෝෂ සඳහා ඉතා මිල අධික ප්ලැටිනම් ලෝහය අවශ්‍ය වෙනවා උත්ප්‍රේරකයක් ලෙසින්. නමුත් SOFC හි ඇති අධික උෂ්ණත්වය නිසා ඒ සඳහා මෙම මිල අධික උත්ාප්‍ර්රකය අවශ්‍ය වන්නේ නැහැ. මෙම අධික උෂ්ණත්වය නිසා හයිඩ්‍රජන් පමණක් නොවෙයි සැහැල්ලු හයිඩ්‍රොකාබන් ද ඉන්ධනයක් ලෙසින් භාවිතා කරන්න SOFC ඉන්ධන කෝෂ වලට පුළුවන්. ඉහත රූපයේ තිබෙන්නෙත් ස්වභාවික වායුව ඉන්ධන ලෙසින් භාවිතා කරන fuel cell stack එකක්.

PEMFC ඉන්ධන කෝෂ මෙන් නොවෙයි SOFC ඉන්ධන කෝෂ තාක්‍ෂණය තවමත් සාර්ථක ලෙසින් වෙළඳපොළට නිකුත් කරන්න හැකි වී නැහැ. (දැනට මේවා භාවිතා කරන තැන් බොහොමයක් තියෙනවා, නමුත් එහෙම කරන්නේ ඒවා නිපදවූ සමාගම් වල දැඩි අධීක්ෂණය සහ සහයෝගය යටතේ). ඒකට ප්‍රධානම හේතුවක් තමයි අඩු ආයු කාලයක් පැවතීම. සාමාන්‍යයෙන් මෙවැනි fuel cell එකක් පැය 40,000ක් වත් සැලකිය යුතු තරමේ ක්‍රියාකාරිත්වය පහත වැටීමක් (performance degradation) සිදු නොවී වැඩ කල යුතුයි.ඒත් මේ වනකොට නිපදවා ඇති බොහොමයක් fuel cells පැය 15,000 -20,000 පමණ වැඩ කරන විට එහි ක්‍රියාකාරිත්වය සැලකිය යුතු ප්‍රමාණයකින් පහත වැටෙනවා. (වාහන වල තියෙන fuel cell වල මේ ගැටළුව නැහැ).

මේ අයුරින් ක්‍රියාකාරිත්වය පහත වැටීම වැලක්වීමට බලපාන ප්‍රධානතම හේතුවක් තමයි මෙම ඉන්ධන කෝෂ වල ඇති ඉහල උෂ්ණත්වය (මෙය එකම හේතුව නෙමෙයි). නමුත් දැනට තිබෙන තාක්‍ෂණ මට්ටම අනුව මේවා අඩු උෂ්ණත්ව වල ක්‍රියා කරවන්න හැකියාවක් නැහැ. අනෙත් කාරණාව තමයි, පෙර සඳහන් කල ඉහල උෂ්ණත්වය නිසා ලැබෙන වාසි; උෂ්ණත්වය අඩු කලොත් මෙම වාසි නැති වෙනවා. මේ නිසා පර්යේෂකයින් උත්සාහ කරනවා උෂ්ණත්වය විශාල වශයෙන් අඩු නොකර ක්‍රියාකාරිත්වයේ සිදුවන පහත වැටීම් (degradation) අවම කරගෙන මෙහි ආයු කාලය දීර්ග කර ගන්න. මගේ පර්යේෂණ විෂය කේත්‍රයත් අයත් වන්නේ මෙම විෂය පථයට. තාක්‍ෂණික වැඩිදියුණු කිරීම් එක රැයකින් එළිදක්වන්න බැහැ. ඒ සඳහා දීර්ග කාලයක් යනවා. යම් දිනයක මේ අභියෝග ජය ගන්න හැකි වේවි. එවිට ඔබට ඔබේ නිවසේම බොහොම පුංචි, නමුත් ඉතාම පරිසර හිතකාමී විදුලි බලාගාරයක් හදාගෙන ඔබේ නිවසේ විදුලි අවශ්‍යතාවය සපුරා ගන්නත් හැකි වේවි. ඒ විතරක් නෙමෙයි අසල්වාසින්ටත් විදුලිය විකුණා මුදල් ලබා ගන්නත් හැකි වේවි. හැබැයි ඒ දවස එනකල් තව සෑහෙන කාලයක් බලාගෙන ඉන්නත් වේවි.

සැකසුම : - පොත පත ඇසරෙන්

Posted in: ඉංජිනේරු