سوخت هیدروژنی سوختی پاک است که وقتی جایگزین سوخت های فسیلی می شود آلودگی هایی که از سوخت های فسیلی تولید می شود را ندارد و فقط آب تولید می کند. پیش بینی می شود که هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک در قرن ۲۱، برای انتقال انرژی مورد استفاده قرار گیرد. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی ویژگی های سوخت هیدروژن، تولید و کاربرد آن می پردازد.
هیدروژن و تهیه آن
هیدروژن اولین عنصر جدول تناوبی در گروه اول است که در سال ۱۷۷۶ توسط کاوندیش شناخته و توسط لاوازیه نام گذاری شد. هیدروژن سبک ترین عنصر در جهان است که به صورت گاز دواتمی وجود دارد. در آزمایشگاه هیدروژن از واکنش اسیدها بر فلز روی و همچنین از الکترولیز آب با استفاده از جریان الکتریکی به دست می آید. امروزه سعی برآن است که هیدروژن را از جلبک های سبز و باکتری ها که از نور خورشید برای تولید آن استفاده می کنند، به دست آورند.. هیدروژن تجاری از تجزیه گاز طبیعی توسط بخار به دست می آید. در روشی دیگر زغال سنگ را در دما و فشار بالا با اکسیژن خالص قرار می دهند و هیدروژن گازی را به دست می آورند.
منابع هیدروژن
مهمترین منبع هیدروژن در زمین مولکول های آب است که دو قسمت هیدروژن و یک قسمت اکسیژن دارد. این عنصر به مقدار زیاد در ستارگان و سیارات مختلف یافت می شود. منبع دیگر آن بدن موجودات زنده، زغال، گاز طبیعی، سوخت فسیلی و متان است.
کاربرد هیدروژن
فکر کنیم در آشپزخانه سوختی که استفاده می کنیم آنقدر پاک و دوستدار محیط زیست است که احتیاج به دودکش ندارد و حتی زایده ای که از آن تولید می شود (آب) نیز قابل استفاده است. هیدروژن به مقدار زیادی در فرآیند هابر (تولید آمونیاک)، تولید متانول، گوگردزدایی آبی، تولید اسید هیدروکلریک، سوخت های موشکی و همچنین از تریتیوم در ساخت رآکتورهای اتمی استفاده می شود. یکی از مهم ترین استفاده ای که از هیدروژن می شود و امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است در پیل های سوختی است که راه کاری مهم در تولید سوخت ارزان و پاک و بدون آلودگی است. به عبارتی دیگر ماده ای که از سوختن آن تولید می شود، نه گازهای گلخانه ای و نه باران اسیدی ایجاد می کند. در آینده از هیدروژن علاوه بر سوخت خودرو، به عنوان سوخت هواپیماها، و همچنین تولید برق خانه ها و ادارات استفاده خواهد شد.
تعریف سوخت هیدروژنی
هیدروژن سوخت پاکی است که با مصرف در پیل سوختی، فقط آب تولید می کند. با استفاده بیش از اندازه سوخت های فسیلی که هم امکان تمام شدن آن ها وجود دارد و هم تولید گازهای سمی CO۲ و SO۲ از آن ها باعث صدمه به محیط زیست و سلامت انسان ها شده است، انرژی های جدیدی جایگزین این سوخت ها می شود. انرژی باد، زیست توده، زمین گرمایی و هیدروژن نمونه هایی از این انرژی هاست.
توجه
سوخت هیدروژنی یکی از این سوخت های سالم و پاک است. استفاده از سوخت هیدروژنی شاید الان در نظر ما عجیب و غیر قابل تصور باشد، اما باید قبول کنیم که خیلی زود استفاده از آن متداول شده و به مهمترین منبع تامین انرژی تبدیل خواهد شد. به عنوان نمونه شاید فکر می کردیم که خودروهای هیبریدی سال ها طول خواهد کشید که به تولید انبوه برسد، ولی حالا شاهد تولید خودروهای مقرون به صرفه هیبریدی و حتی تولید ابرخودروهای هیبریدی با قیمت های میلیون دلاری هستیم.
مزایای کاربرد سوخت هیدروژنی به جای سوخت های فسیلی
یک منبع تجدید پذیر انرژی مثل خورشید دائما انرژی تولید کنند، اما انرژی الکتریکی و هیدروژن تولید شده از آن ها می توانند ذخیره سازی شوند. سوخت هیدروژنی خیلی راحت جایگزین بنزین و گازوئیل می شود. چون منبع رو به اتمامی نیست و هم آلودگی های ناشی از این سوخت ها را ندارد. در استفاده از سوخت هیدروژنی فقط آب تولید می شود.
تولید انرژی در خودرو با هیدروژن
به سوخت هیدروژنی پیل سوختی هم می گویند که به عنوان منبع تولید گرما و الکتریسیته است. این سوخت پاک به عنوان یک منبع الکتریکی، با استفاده از ترکیب هیدروژن (ذخیره در برد سیستم) و اکسیژن محیط، باعث تولید برق می شود و منجر به حرکت موتور الکتریکی اتومبیل شده و توان آن را تامین می کند. باتری های که در خودروهای هیدروژنی استفاده می شود، از باتری های استفاده شده در خودروهای برقی و هیبریدی، کوچک تر و سبک تر است. در هنگام عمل کردن باتری های هیدروژنی مقدار کمی آب به عنوان زایده تولید می شود. در آینده هیدروژن می تواند حامل انرژی باشد، یعنی انرژی را ذخیره، منتقل و در اختیار مصرف کنندگان می گذارد.
توجه
گاز هیدروژن در مقایسه با سوخت مایع مثل بنزین و متانول دانسیته انرژی کمی دارد. پس این که بتوان به میزان کافی انرژی در مخزن سوخت اتومبیل قرار داد، به نظر سخت می آید. به این جهت از هیدروژن مایع استفاده می شود که چگالی انرژی بالایی داشته ولی باید در دمای پایین و فشار بالا نگه دار شود.
ذخیره هیدروژن در جایگاه های سوخت رسانی
برای هیدروژن مانند بنزین به منابع بزرگی در جایگاه های سوخت رسانی لازم است، اما هزینه های مخازن هیدروژن کمتر از هزینه های تانکرهای بنزین خواهد بود. نشت بنزین هم قابلیت انفجار و آتش سوزی دارد و هم برای زیست گیاهان و جانوران مضراست، اما با نشت هیدروژن، چون سبک تر از هواست بلافاصله بخارشده و هیدروژن همان طور که می دانیم در جو نیز وجود دارد و آثار مخربی روی محیط زیست ندارد. در مخزن جایگاه سوخت گیری هیدروژن با فشار ۲۰۰ اتمسفر حفظ می شود. برای انتقال هیدروژن به پمپ کنار خودرو، باید آن را کمی گرم کرد. سپس با سرد کردن هیدروژن و از طریق یک کمپرسور با فشاربه مخزن خودرو تزریق می شود. پروسه سوخت گیری هیدروژن شاید کمی پیچیده تر از سوخت گیری بنزین باشد، ولی با دقت و ایمنی بیشتری انجام می شود.
مزیت سوخت گیری با هیدروژن
بنزین در جایگاه سوخت گیری حتما باید از طریق تانکرهای حمل سوخت به محل منتقل شود، اما در مورد هیدروژن حتما نباید انتقال هیدروژن صورت گیرد. چون هیدروژن را می توان در همان جا از آب و گازطبیعی گرفته و یا به راحتی بعد از تولید در پالایشگاه از طریق لوله هایی منتقل کرد. در جایگاه سوخت گیری مشکلی از بابت مقدار سوخت وارد شده به خودرو و کنترل فشار آن نیست. چون با برقراری ارتباط بین جایگاه سوخت گیری و کامپیوتر خودرو، فشار و دمای مربوط به هیدروژنی که وارد مخزن سوخت خودرو می شود اندازه گرفته می شود. نازل سوخت به مخزن سوخت اتومبیل وصل شده و در عرض سه دقیقه سوخت گیری انجام می شود.
نکته
خطر حمل، نگهداری و استفاده از هیدروژن نسبت به سوخت های دیگر ایمن تر است.
مشکلات به کارگیری سوخت هیدروژن در خودرو
- برای ذخیره کردن هیدروژن به مخازن سوخت های بزرگ با عایق های حرارتی بالا مورد نیاز است که مستلزم هزینه های زیادی است.
- علاوه بر ذخیره سازی، ایمنی این مخازن و بازرسی دوره ای آن توسط متخصصین حائز اهمیت است.
- برای دسترسی به هیدروژن در ایستگاه های سوخت رسانی به زیر ساخت های بزرگ احتیاج است.
نکته
همه سوخت های معمولی مثل گاز طبیعی و بنزین دارای هیدروژن در ترکیبشان هستند و اگر بتوان هیدروژن آن ها را جدا کرده و به سلول های سوخت رسانی رساند، مشکل ذخیره سازی و انتقال هیدروژن رفع می شود.
امروزه شرکت ها در فکر ساخت خودروهایی هستند که هیدروژن در همان وسیله نقلیه تولید شود. یکی از این روش ها استفاده از مخزنی با جنس هیدرید فلزی است که هیدروژن را جذب کند.
یک دیدگاه