نموذج مبسط فى الشرح لتحويل غواصةديزل/كهرباء إلى استخدام طاقة هيدروجينية دورة مغلقة باستخدام تحليل مياه البحر تم استخدام غواصة من نوع روميو الصينية (Type033) كنموذج المحاكاة فى التشغيل :
1. المقدمة
في ظل التحديات المتزايدة المتعلقة بالاعتماد على الوقود الأحفوري او النووى ، والانبعاثات والمخاطر، والقيود التشغيلية في البيئات البحرية، تبرز الحاجة إلى نماذج هندسية مستقلة قادرة على توليد طاقتها من البيئة المحيطة. هذه الورقة تقدم تصورًا متكاملًا لتحويل غواصة صينية من نوع روميو Type 033 (كنموذج للشرح و مقياس) إلى منصة تعمل بالهيدروجين، تُنتج وقودها من تحليل مياه البحر داخليًا، وتُشغّل محركًا معدلًا للاحتراق الداخلي، وتُعيد شحن بطارياتها باستخدام نموذج شحن تقليدي معدل، ضمن نظام مغلق للطاقة والمادة، يحقق استقلالية تشغيلية كاملة للغواصة فى دورة طاقة مغلقة مع إعادة تدوير الرواسب الملحية والمعدنية مع توليد اكسجين للتنفس مع إمكانية معالجة وتحلية جزء من مياه المعالجة الى مياه عذبة صالحة للاستخدام [مثلث اكتفاء ذاتي من : طاقة+اكسجين+مياه عذبة ] تنافس الغواصات النووية وتتفوق عليها من حيث عنصر الامان والتلوث الإشعاعى وإذا تمت هندستها وتطويرها بالنسب الصحيحة قد تكون تمثلها و تتفوق عليها .
2. مواصفات غواصة روميو الصينية (Type 033)
| الخاصية | القيمة |
|---------|--------|
| الإزاحة | 1475 طن طفو / 1830 طن غطس |
| الطول | 76.6 متر |
| الطاقم | 54 فرد |
| الدفع الأصلي | محرك ديزل-كهربائي |
| المدى | 16,650 كم بسرعة 17 كم/س |
| بيئة التشغيل | بحرية، متوسطة العمق، قابلة للتعديل الداخلي |
3. الفكرة الأساسية للمشروع
تحويل الغواصة إلى نظام طاقة مغلق عبر:
- سحب مياه البحر ومعالجتها داخليًا
- تحليلها كهربائيًا لإنتاج الهيدروجين والأكسجين
- استخدام الهيدروجين في محرك احتراق داخلي معدل
- إدارة الأكسجين لدعم التنفس الداخلي
- معالجة الرواسب الملحية والمعدنية الناتجة
- شحن البطاريات باستخدام نموذج شحن تقليدي معدل يعتمد على الهيدروجين
4. وحدة معالجة مياه البحر
الوظيفة:
تنقية مياه البحر قبل دخولها إلى وحدة التحليل
المراحل:
- فلترة ميكانيكية: إزالة الجزيئات الكبيرة (رمال، طين، كائنات دقيقة)
- ترسيب أولي: فصل المواد الثقيلة بالجاذبية
- فلترة دقيقة: باستخدام أغشية سيراميكية أو غشائية (UF/NF)
- معالجة كيميائية اختيارية: لضبط الحموضة أو إزالة شوائب معدنية
المواد المقترحة:
- شبكات فولاذ مقاوم للصدأ
- أغشية بوليمرية عالية الدقة
- وحدات حقن إلكترونية لمواد معالجة خفيفة
5. وحدة التحليل الكهربائي [مهم جدا - يوجد نموذج مطور لوحدة التحليل الكهربائي - فى اسفل الموضوع - لضمان زيادة الإنتاج والكفاءة وزمن دورة التشغيل قبل الصيانة او الاستبدال على حسب اختيار نوع المواد والكفاءة ] :
الوظيفة:
فصل الهيدروجين والأكسجين من الماء النقي الناتج
المكونات:
- أقطاب من أكسيد الكروم والكوبالت أو سبائك النيكل
- غرفة فصل غازية من التيفلون أو الزجاج المقوى
- نظام تبريد حراري سلبي أو مبادل حراري مائي
دورة الإنتاج خلال 72 ساعة(طبعا قابل للزيادة والتعديل على حسب التصميم و حجم وقوة وحدة المعالجة والتحليل الكهربائي والمواد المستخدمة ) :
- 180 كجم هيدروجين
- 1440 لتر أكسجين
- ≈ 360 كيلوواط طاقة للتحليل
6. المحرك المعدل للهيدروجين
التعديلات:
- نظام حقن هيدروجين عالي الضغط
- غرفة احتراق مطلية بطبقة نيكل كيميائي
- توقيت إشعال متوافق مع سرعة احتراق الهيدروجين
- نظام عادم بخار ماء مع تكثيف داخلي
- تثبيت المحرك على دعامات مرنة ومخمدات هيدروليكية
تقنيات خفض الضوضاء والاهتزازات:
- مواد امتصاص صوت مثل Sorbothane
- رغوة مغلقة الخلايا
- sandwich composites
- توافق رنين صوتي بين المحرك وهيكل الغواصة
7. نموذج شحن البطاريات التقليدي المعدل
الفكرة:
محاكاة دورة الشحن التقليدية لغواصات الديزل، ولكن باستخدام محرك الهيدروجين بدلًا من الديزل، لتشغيل مولد كهربائي (دينامو) يُعيد شحن البطاريات.
المكونات:
| العنصر | الوظيفة | المواد المقترحة |
|--------|----------|------------------|
| محرك احتراق داخلي معدل للهيدروجين | مصدر ميكانيكي للطاقة | سبائك مقاومة للهيدروجين، طلاء نيكل داخلي |
| مولد كهربائي (دينامو) | تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء | دينامو مغناطيسي عالي الكفاءة، مع تبريد داخلي |
| منظم جهد وتيار | تثبيت خرج الكهرباء | دوائر DC-DC متعددة المراحل |
| بطاريات التخزين | تخزين الطاقة الكهربائية | بطاريات LiFePO₄ أو ليثيوم-تيتانات |
| وحدة تحكم ذكية | إدارة الشحن والتفريغ | متحكم دقيق مع مستشعرات حرارية وجهدية |
القدرة التشغيلية:
- استهلاك الهيدروجين: 144 كجم لتشغيل المحرك
- الطاقة الناتجة من الدينامو: ≈ 1440 كيلوواط
- كافية لتشغيل الأنظمة الداخلية وشحن البطاريات بالكامل
- الفائض: يُستخدم لدعم التحليل الكهربائي أو يُخزن للطوارئ
8. إدارة الرواسب
الناتج:
- ≈ 100–150 كجم أملاح ومعادن خلال 72 ساعة
طرق المعالجة:
- فصل دوري عبر صمامات تفريغ
- فصل مغناطيسي للمعادن الثقيلة
- إعادة استخدام الأملاح في أنظمة التبريد أو إنتاج مواد صناعية
- تفريغ موزع بيئيًا عند الضرورة
9. سيناريو تشغيل يومي (دورة تشغيل 72 ساعة)
| العملية | الكمية / الطاقة |
|---------|------------------|
| معالجة مياه البحر | 3600 لتر |
| إنتاج الهيدروجين | 180 كجم |
| إنتاج الأكسجين | 1440 لتر |
| تشغيل المحرك | 1440 كيلوواط |
| شحن البطاريات | 1188–1440 كيلوواط |
| استهلاك للتحليل | 360 كيلوواط |
| استهلاك داخلي | 600 كيلوواط |
| رواسب ملحية | 100–150 كجم |
===============================
[مهم جدا] تطوير وحدة التحليل الكهربائي الى مستوى إنتاج عالى وزمن دورة تشغيل طويل قبل الصيانة او الاستبدال مبسط و مثالى ومن الممكن تطويره والتعديل عليه :
تصميم هندسي لنظام تحليل كهربائي من خزانات تحليل كهربائي أسطوانية الشكل مع أقطاب وأقراص تحليل قابلة للاستبدال داخل غواصة باستخدام مياه البحر المعالجة.
الملخص التنفيذي
تهدف هذه الورقة إلى تقديم تصميم هندسي متكامل لنظام تحليل كهربائي يعمل بمياه البحر المعالجة، مخصص للغواصات أو الوحدات المغلقة، ويتميز بإمكانية استبدال الأقراص التشغيلية بسرعة، تقليل الرواسب، وزيادة إنتاج الهيدروجين والأكسجين. يعتمد التصميم على قطبين رأسيين ثابتين، وأقراص مثقبة بثقوب موجهة تضمن الاتصال الانتقائي، مع فواصل جيرويدية ثلاثية الأبعاد لتسهيل تدفق الغاز ومنع التراكم.
1. التصميم الهندسي للنظام:
[تنبيه: تم الاستعانة بتصميم عام من قناة انتجزا مع إضافة تعديلات كثيرة مهمة أساسية له ]
- أقراص تحليل كهربائي
مكونات النظام:
- خزان أسطواني رأسي يحتوي على قطبين ثابتين بنفس القطر.
- أقراص تحليل كهربائي بسمك 1 مم، تحتوي على ثقبين:
- ثقب صغير يتطابق مع القطب الخاص بالقرص.
- ثقب واسع يسمح بمرور القطب الآخر دون تلامس.
- فواصل جيرويدية بسمك 1.3 مم، تسمح بتدفق الغاز وتثبيت الأقراص.
- آلية استبدال سريعة تسمح بسحب مجموعة كاملة من الأقراص والفواصل دون فك الأقطاب.
آلية التشغيل:
- يتم ترتيب الأقراص بالتناوب (موجب – فاصل – سالب – فاصل).
- كل قرص يتصل فقط بالقطب الخاص به عبر الثقب المتطابق.
- الفواصل تسمح بتدفق الغاز الناتج وتمنع التراكم الموضعي.
- عند الحاجة، تُسحب المجموعة بالكامل وتُستبدل خلال دقائق.
---
2. مقارنة بين المواد المستخدمة في الأقطاب
| المادة | الكفاءة الكهروكيميائية | مقاومة الرواسب | مدة التشغيل قبل الاستبدال او التنظيف | التكلفة | ملاحظات |
|--------|-------------------------|------------------|--------------|----------|----------|
|المادة: RuO₂ على التيتانيوم | الكفاءة الكهروكيميائية : ممتازة | مقاومة الرواسب: ممتازة | مدة التشغيل: طويلة جدًا |التكلفة: مرتفعة | مثالية للأكسجين، مقاومة للكلور |
|المادة: IrO₂ على التيتانيوم | الكفاءة الكهروكيميائية: ممتازة | مقاومة الرواسب: ممتازة | مدة التشغيل : طويلة جدًا | التكلفة:مرتفعة | أكثر استقرارًا من RuO₂ في البيئات المالحة |
|المادة: NiMo محفز نانوي على رغوة نيكل |الكفاءة الكهروكيميائية: جيدة جدًا | مقاومة الرواسب :جيدة | مدة التشغيل: متوسطة إلى طويلة | التكلفة:منخفضة | خيار اقتصادي للهيدروجين، يحتاج تنظيف دوري |
|المادة: Pt على التيتانيوم |الكفاءة الكهروكيميائية ممتازة | مقاومة الرواسب : ممتازة | مدة تشغيل :طويلة جدًا | تكلفة: مرتفعة جدًا | كفاءة عالية لكن غير عملي اقتصاديًا |
| المادة : NiFe محفز نانوي على شبكة نيكل | الكفاءة الكهروكيميائية جيدة | مقاومة الرواسب: متوسطة |مدة تشغيل: متوسطة |تكلفة: منخفضة | مناسب للهيدروجين، أقل مقاومة للكلور |
|المادة: كربون محفز (CNT أو Graphene) | الكفاءة الكهروكيميائية: متوسطة|مقاومة الرواسب ضعيفة | مدة تشغيل:قصيرة | تكلفة: منخفضة | غير مناسب لمياه البحر بسبب التآكل |
3. توصيات لاستخدام مياه البحر المعالجة
- الأنود (إنتاج الأكسجين):
- تيتانيوم مطلي بـ IrO₂ أو RuO₂
- مقاومة ممتازة للكلور، عمر تشغيل طويل، كفاءة عالية.
- الكاثود (إنتاج الهيدروجين):
- رغوة نيكل محفزة بـ NiMo نانويًا
- إنتاج جيد للهيدروجين، تكلفة منخفضة، قابلية للاستبدال السريع.
4. تحسينات إضافية لزيادة الكفاءة وتقليل الرواسب
- استخدام تيار نبضي أو متناوب لتقليل الترسيب.
- تصميم الأقراص بسطح محفور نانويًا أو مثقّب لزيادة مساحة التفاعل.
- دمج نظام تنظيف ذاتي باستخدام نبضات كهربائية قصيرة.
- إدارة حرارية دقيقة (40–60°C) لتقليل ترسيب المغنيسيوم والكالسيوم.
- استخدام فواصل جيرويدية مطبوعة ثلاثيًا لتوزيع الإلكتروليت ومنع التراكم الموضعي.
=================
الاقراص الخاصة بكل قطب :
لتصنيع الأقراص الخاصة بكل قطب داخل نظام التحليل الكهربائي باستخدام مياه البحر المعالجة، مع مراعاة:
- مقاومة الرواسب والتآكل
- كفاءة إنتاج الهيدروجين والأكسجين
- سهولة التصنيع والاستبدال
- عمر تشغيل طويل في بيئة مالحة
المواد المقترحة لتصنيع الأقراص
الأنود (قرص القطب الموجب – إنتاج الأكسجين)
المادة الأساسية:
- تيتانيوم نقي (Grade 1 أو 2)
- مقاوم للتآكل في مياه البحر
- خفيف الوزن
- قابل للطلاء التحفيزي
الطلاء التحفيزي:
- MMO (Mixed Metal Oxide) مثل:
- RuO₂ + IrO₂
- كفاءة عالية لإنتاج الأكسجين
- مقاومة ممتازة للكلور والكلوريدات
- عمر تشغيل طويل جدًا
> هذه التركيبة مستخدمة فعليًا في أنظمة معالجة مياه البحر الصناعية.
الكاثود (قرص القطب السالب – إنتاج الهيدروجين)
المادة الأساسية:
- رغوة نيكل (Nickel Foam) أو شبكة نيكل نقي
- مساحة سطح عالية
- توصيل كهربائي ممتاز
- قابلية للطلاء والتحفيز
الطلاء التحفيزي:
- NiMo أو NiFe محفز نانوي
- يزيد من كفاءة إنتاج الهيدروجين
- يقلل من تراكم الرواسب
- تكلفة منخفضة، وسهل الاستبدال
الفواصل الجيرويدية
- تُصنع من PPSU أو PEEK:
- مقاومة كيميائية للقلويات والملوحة
- خفيفة الوزن
- قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد
- تسمح بتدفق الغاز وتثبيت الأقراص دون توصيل كهربائي
جدول ملخص للمواد المقترحة
| العنصر | المادة الأساسية | الطلاء التحفيزي | الفوائد |
|--------|------------------|------------------|---------|
| قرص الأنود | تيتانيوم | RuO₂ + IrO₂ (MMO) | مقاومة للكلور، إنتاج أكسجين عالي، عمر طويل |
| قرص الكاثود | رغوة نيكل | NiMo أو NiFe نانوي | إنتاج هيدروجين عالي، تكلفة منخفضة، قابلية للاستبدال |
| الفواصل | PPSU أو PEEK | بدون طلاء | عزل كهربائي، مقاومة كيميائية، تدفق غازي ممتاز |
الخاتمة
يمثل هذا النموذج خطوة متقدمة نحو بناء وحدة تحليل كهربائي مستقلة، تجمع بين الكفاءة، الاستدامة، وسهولة الصيانة. يمكن تطويره وتعديله ليصبح نواة لمنظومة طاقة مغلقة تعتمد على مياه البحر المعالجة كمصدر دائم، مع قابلية التوسع والتكامل والتطوير مع أنظمة خلايا الوقود والبطاريات
الدلالة السيادية ، مبسط الى أقصى حد دون تفاصيل مملة لشرح الفكرة الأساسية دون تشتيت وهى أن لا يُقلد غواصات الديزل ولا يهملها ، بل يُعيد هندستها وتطويرها وفق منطق سيادي مغلق. كل عنصر يُنتج ويُستهلك ويُعاد تدويره داخليًا. الغواصة تتحول إلى كائن هندسي مستقل، قادر على توليد طاقته من محيطه، دعم تنفسه، وشحن بطارياته دون أي اعتماد خارجي. طاقة نظيفة دون مخاطر إنها خطوة فى الطريق نحو تكنولوجيا بحرية مكتفية ذاتيًا تنافس وتتفوق على الغواصات النووية ، تعمل في عزلة تامة، بلا ضوضاء، بلا انبعاثات، وبلا فقد.
1. المقدمة
في ظل التحديات المتزايدة المتعلقة بالاعتماد على الوقود الأحفوري او النووى ، والانبعاثات والمخاطر، والقيود التشغيلية في البيئات البحرية، تبرز الحاجة إلى نماذج هندسية مستقلة قادرة على توليد طاقتها من البيئة المحيطة. هذه الورقة تقدم تصورًا متكاملًا لتحويل غواصة صينية من نوع روميو Type 033 (كنموذج للشرح و مقياس) إلى منصة تعمل بالهيدروجين، تُنتج وقودها من تحليل مياه البحر داخليًا، وتُشغّل محركًا معدلًا للاحتراق الداخلي، وتُعيد شحن بطارياتها باستخدام نموذج شحن تقليدي معدل، ضمن نظام مغلق للطاقة والمادة، يحقق استقلالية تشغيلية كاملة للغواصة فى دورة طاقة مغلقة مع إعادة تدوير الرواسب الملحية والمعدنية مع توليد اكسجين للتنفس مع إمكانية معالجة وتحلية جزء من مياه المعالجة الى مياه عذبة صالحة للاستخدام [مثلث اكتفاء ذاتي من : طاقة+اكسجين+مياه عذبة ] تنافس الغواصات النووية وتتفوق عليها من حيث عنصر الامان والتلوث الإشعاعى وإذا تمت هندستها وتطويرها بالنسب الصحيحة قد تكون تمثلها و تتفوق عليها .
2. مواصفات غواصة روميو الصينية (Type 033)
| الخاصية | القيمة |
|---------|--------|
| الإزاحة | 1475 طن طفو / 1830 طن غطس |
| الطول | 76.6 متر |
| الطاقم | 54 فرد |
| الدفع الأصلي | محرك ديزل-كهربائي |
| المدى | 16,650 كم بسرعة 17 كم/س |
| بيئة التشغيل | بحرية، متوسطة العمق، قابلة للتعديل الداخلي |
3. الفكرة الأساسية للمشروع
تحويل الغواصة إلى نظام طاقة مغلق عبر:
- سحب مياه البحر ومعالجتها داخليًا
- تحليلها كهربائيًا لإنتاج الهيدروجين والأكسجين
- استخدام الهيدروجين في محرك احتراق داخلي معدل
- إدارة الأكسجين لدعم التنفس الداخلي
- معالجة الرواسب الملحية والمعدنية الناتجة
- شحن البطاريات باستخدام نموذج شحن تقليدي معدل يعتمد على الهيدروجين
4. وحدة معالجة مياه البحر
الوظيفة:
تنقية مياه البحر قبل دخولها إلى وحدة التحليل
المراحل:
- فلترة ميكانيكية: إزالة الجزيئات الكبيرة (رمال، طين، كائنات دقيقة)
- ترسيب أولي: فصل المواد الثقيلة بالجاذبية
- فلترة دقيقة: باستخدام أغشية سيراميكية أو غشائية (UF/NF)
- معالجة كيميائية اختيارية: لضبط الحموضة أو إزالة شوائب معدنية
المواد المقترحة:
- شبكات فولاذ مقاوم للصدأ
- أغشية بوليمرية عالية الدقة
- وحدات حقن إلكترونية لمواد معالجة خفيفة
5. وحدة التحليل الكهربائي [مهم جدا - يوجد نموذج مطور لوحدة التحليل الكهربائي - فى اسفل الموضوع - لضمان زيادة الإنتاج والكفاءة وزمن دورة التشغيل قبل الصيانة او الاستبدال على حسب اختيار نوع المواد والكفاءة ] :
الوظيفة:
فصل الهيدروجين والأكسجين من الماء النقي الناتج
المكونات:
- أقطاب من أكسيد الكروم والكوبالت أو سبائك النيكل
- غرفة فصل غازية من التيفلون أو الزجاج المقوى
- نظام تبريد حراري سلبي أو مبادل حراري مائي
دورة الإنتاج خلال 72 ساعة(طبعا قابل للزيادة والتعديل على حسب التصميم و حجم وقوة وحدة المعالجة والتحليل الكهربائي والمواد المستخدمة ) :
- 180 كجم هيدروجين
- 1440 لتر أكسجين
- ≈ 360 كيلوواط طاقة للتحليل
6. المحرك المعدل للهيدروجين
التعديلات:
- نظام حقن هيدروجين عالي الضغط
- غرفة احتراق مطلية بطبقة نيكل كيميائي
- توقيت إشعال متوافق مع سرعة احتراق الهيدروجين
- نظام عادم بخار ماء مع تكثيف داخلي
- تثبيت المحرك على دعامات مرنة ومخمدات هيدروليكية
تقنيات خفض الضوضاء والاهتزازات:
- مواد امتصاص صوت مثل Sorbothane
- رغوة مغلقة الخلايا
- sandwich composites
- توافق رنين صوتي بين المحرك وهيكل الغواصة
7. نموذج شحن البطاريات التقليدي المعدل
الفكرة:
محاكاة دورة الشحن التقليدية لغواصات الديزل، ولكن باستخدام محرك الهيدروجين بدلًا من الديزل، لتشغيل مولد كهربائي (دينامو) يُعيد شحن البطاريات.
المكونات:
| العنصر | الوظيفة | المواد المقترحة |
|--------|----------|------------------|
| محرك احتراق داخلي معدل للهيدروجين | مصدر ميكانيكي للطاقة | سبائك مقاومة للهيدروجين، طلاء نيكل داخلي |
| مولد كهربائي (دينامو) | تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء | دينامو مغناطيسي عالي الكفاءة، مع تبريد داخلي |
| منظم جهد وتيار | تثبيت خرج الكهرباء | دوائر DC-DC متعددة المراحل |
| بطاريات التخزين | تخزين الطاقة الكهربائية | بطاريات LiFePO₄ أو ليثيوم-تيتانات |
| وحدة تحكم ذكية | إدارة الشحن والتفريغ | متحكم دقيق مع مستشعرات حرارية وجهدية |
القدرة التشغيلية:
- استهلاك الهيدروجين: 144 كجم لتشغيل المحرك
- الطاقة الناتجة من الدينامو: ≈ 1440 كيلوواط
- كافية لتشغيل الأنظمة الداخلية وشحن البطاريات بالكامل
- الفائض: يُستخدم لدعم التحليل الكهربائي أو يُخزن للطوارئ
8. إدارة الرواسب
الناتج:
- ≈ 100–150 كجم أملاح ومعادن خلال 72 ساعة
طرق المعالجة:
- فصل دوري عبر صمامات تفريغ
- فصل مغناطيسي للمعادن الثقيلة
- إعادة استخدام الأملاح في أنظمة التبريد أو إنتاج مواد صناعية
- تفريغ موزع بيئيًا عند الضرورة
9. سيناريو تشغيل يومي (دورة تشغيل 72 ساعة)
| العملية | الكمية / الطاقة |
|---------|------------------|
| معالجة مياه البحر | 3600 لتر |
| إنتاج الهيدروجين | 180 كجم |
| إنتاج الأكسجين | 1440 لتر |
| تشغيل المحرك | 1440 كيلوواط |
| شحن البطاريات | 1188–1440 كيلوواط |
| استهلاك للتحليل | 360 كيلوواط |
| استهلاك داخلي | 600 كيلوواط |
| رواسب ملحية | 100–150 كجم |
===============================
[مهم جدا] تطوير وحدة التحليل الكهربائي الى مستوى إنتاج عالى وزمن دورة تشغيل طويل قبل الصيانة او الاستبدال مبسط و مثالى ومن الممكن تطويره والتعديل عليه :
تصميم هندسي لنظام تحليل كهربائي من خزانات تحليل كهربائي أسطوانية الشكل مع أقطاب وأقراص تحليل قابلة للاستبدال داخل غواصة باستخدام مياه البحر المعالجة.
الملخص التنفيذيتهدف هذه الورقة إلى تقديم تصميم هندسي متكامل لنظام تحليل كهربائي يعمل بمياه البحر المعالجة، مخصص للغواصات أو الوحدات المغلقة، ويتميز بإمكانية استبدال الأقراص التشغيلية بسرعة، تقليل الرواسب، وزيادة إنتاج الهيدروجين والأكسجين. يعتمد التصميم على قطبين رأسيين ثابتين، وأقراص مثقبة بثقوب موجهة تضمن الاتصال الانتقائي، مع فواصل جيرويدية ثلاثية الأبعاد لتسهيل تدفق الغاز ومنع التراكم.
1. التصميم الهندسي للنظام:[تنبيه: تم الاستعانة بتصميم عام من قناة انتجزا مع إضافة تعديلات كثيرة مهمة أساسية له ]
- أقراص تحليل كهربائي
مكونات النظام:- خزان أسطواني رأسي يحتوي على قطبين ثابتين بنفس القطر.
- أقراص تحليل كهربائي بسمك 1 مم، تحتوي على ثقبين:
- ثقب صغير يتطابق مع القطب الخاص بالقرص.
- ثقب واسع يسمح بمرور القطب الآخر دون تلامس.
- فواصل جيرويدية بسمك 1.3 مم، تسمح بتدفق الغاز وتثبيت الأقراص.
- آلية استبدال سريعة تسمح بسحب مجموعة كاملة من الأقراص والفواصل دون فك الأقطاب.
آلية التشغيل:- يتم ترتيب الأقراص بالتناوب (موجب – فاصل – سالب – فاصل).
- كل قرص يتصل فقط بالقطب الخاص به عبر الثقب المتطابق.
- الفواصل تسمح بتدفق الغاز الناتج وتمنع التراكم الموضعي.
- عند الحاجة، تُسحب المجموعة بالكامل وتُستبدل خلال دقائق.
---
2. مقارنة بين المواد المستخدمة في الأقطاب| المادة | الكفاءة الكهروكيميائية | مقاومة الرواسب | مدة التشغيل قبل الاستبدال او التنظيف | التكلفة | ملاحظات |
|--------|-------------------------|------------------|--------------|----------|----------|
|المادة: RuO₂ على التيتانيوم | الكفاءة الكهروكيميائية : ممتازة | مقاومة الرواسب: ممتازة | مدة التشغيل: طويلة جدًا |التكلفة: مرتفعة | مثالية للأكسجين، مقاومة للكلور |
|المادة: IrO₂ على التيتانيوم | الكفاءة الكهروكيميائية: ممتازة | مقاومة الرواسب: ممتازة | مدة التشغيل : طويلة جدًا | التكلفة:مرتفعة | أكثر استقرارًا من RuO₂ في البيئات المالحة |
|المادة: NiMo محفز نانوي على رغوة نيكل |الكفاءة الكهروكيميائية: جيدة جدًا | مقاومة الرواسب :جيدة | مدة التشغيل: متوسطة إلى طويلة | التكلفة:منخفضة | خيار اقتصادي للهيدروجين، يحتاج تنظيف دوري |
|المادة: Pt على التيتانيوم |الكفاءة الكهروكيميائية ممتازة | مقاومة الرواسب : ممتازة | مدة تشغيل :طويلة جدًا | تكلفة: مرتفعة جدًا | كفاءة عالية لكن غير عملي اقتصاديًا |
| المادة : NiFe محفز نانوي على شبكة نيكل | الكفاءة الكهروكيميائية جيدة | مقاومة الرواسب: متوسطة |مدة تشغيل: متوسطة |تكلفة: منخفضة | مناسب للهيدروجين، أقل مقاومة للكلور |
|المادة: كربون محفز (CNT أو Graphene) | الكفاءة الكهروكيميائية: متوسطة|مقاومة الرواسب ضعيفة | مدة تشغيل:قصيرة | تكلفة: منخفضة | غير مناسب لمياه البحر بسبب التآكل |
3. توصيات لاستخدام مياه البحر المعالجة- الأنود (إنتاج الأكسجين):
- تيتانيوم مطلي بـ IrO₂ أو RuO₂
- مقاومة ممتازة للكلور، عمر تشغيل طويل، كفاءة عالية.
- الكاثود (إنتاج الهيدروجين):
- رغوة نيكل محفزة بـ NiMo نانويًا
- إنتاج جيد للهيدروجين، تكلفة منخفضة، قابلية للاستبدال السريع.
4. تحسينات إضافية لزيادة الكفاءة وتقليل الرواسب- استخدام تيار نبضي أو متناوب لتقليل الترسيب.
- تصميم الأقراص بسطح محفور نانويًا أو مثقّب لزيادة مساحة التفاعل.
- دمج نظام تنظيف ذاتي باستخدام نبضات كهربائية قصيرة.
- إدارة حرارية دقيقة (40–60°C) لتقليل ترسيب المغنيسيوم والكالسيوم.
- استخدام فواصل جيرويدية مطبوعة ثلاثيًا لتوزيع الإلكتروليت ومنع التراكم الموضعي.
=================
الاقراص الخاصة بكل قطب :
لتصنيع الأقراص الخاصة بكل قطب داخل نظام التحليل الكهربائي باستخدام مياه البحر المعالجة، مع مراعاة:
- مقاومة الرواسب والتآكل
- كفاءة إنتاج الهيدروجين والأكسجين
- سهولة التصنيع والاستبدال
- عمر تشغيل طويل في بيئة مالحة
المواد المقترحة لتصنيع الأقراص الأنود (قرص القطب الموجب – إنتاج الأكسجين) المادة الأساسية:- تيتانيوم نقي (Grade 1 أو 2)
- مقاوم للتآكل في مياه البحر
- خفيف الوزن
- قابل للطلاء التحفيزي
الطلاء التحفيزي:- MMO (Mixed Metal Oxide) مثل:
- RuO₂ + IrO₂
- كفاءة عالية لإنتاج الأكسجين
- مقاومة ممتازة للكلور والكلوريدات
- عمر تشغيل طويل جدًا
> هذه التركيبة مستخدمة فعليًا في أنظمة معالجة مياه البحر الصناعية.
الكاثود (قرص القطب السالب – إنتاج الهيدروجين) المادة الأساسية:- رغوة نيكل (Nickel Foam) أو شبكة نيكل نقي
- مساحة سطح عالية
- توصيل كهربائي ممتاز
- قابلية للطلاء والتحفيز
الطلاء التحفيزي:- NiMo أو NiFe محفز نانوي
- يزيد من كفاءة إنتاج الهيدروجين
- يقلل من تراكم الرواسب
- تكلفة منخفضة، وسهل الاستبدال
الفواصل الجيرويدية- تُصنع من PPSU أو PEEK:
- مقاومة كيميائية للقلويات والملوحة
- خفيفة الوزن
- قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد
- تسمح بتدفق الغاز وتثبيت الأقراص دون توصيل كهربائي
جدول ملخص للمواد المقترحة| العنصر | المادة الأساسية | الطلاء التحفيزي | الفوائد |
|--------|------------------|------------------|---------|
| قرص الأنود | تيتانيوم | RuO₂ + IrO₂ (MMO) | مقاومة للكلور، إنتاج أكسجين عالي، عمر طويل |
| قرص الكاثود | رغوة نيكل | NiMo أو NiFe نانوي | إنتاج هيدروجين عالي، تكلفة منخفضة، قابلية للاستبدال |
| الفواصل | PPSU أو PEEK | بدون طلاء | عزل كهربائي، مقاومة كيميائية، تدفق غازي ممتاز |
الخاتمةيمثل هذا النموذج خطوة متقدمة نحو بناء وحدة تحليل كهربائي مستقلة، تجمع بين الكفاءة، الاستدامة، وسهولة الصيانة. يمكن تطويره وتعديله ليصبح نواة لمنظومة طاقة مغلقة تعتمد على مياه البحر المعالجة كمصدر دائم، مع قابلية التوسع والتكامل والتطوير مع أنظمة خلايا الوقود والبطاريات
الدلالة السيادية ، مبسط الى أقصى حد دون تفاصيل مملة لشرح الفكرة الأساسية دون تشتيت وهى أن لا يُقلد غواصات الديزل ولا يهملها ، بل يُعيد هندستها وتطويرها وفق منطق سيادي مغلق. كل عنصر يُنتج ويُستهلك ويُعاد تدويره داخليًا. الغواصة تتحول إلى كائن هندسي مستقل، قادر على توليد طاقته من محيطه، دعم تنفسه، وشحن بطارياته دون أي اعتماد خارجي. طاقة نظيفة دون مخاطر إنها خطوة فى الطريق نحو تكنولوجيا بحرية مكتفية ذاتيًا تنافس وتتفوق على الغواصات النووية ، تعمل في عزلة تامة، بلا ضوضاء، بلا انبعاثات، وبلا فقد.