سوخت هیدروژن

سوخت هیدروژن

هیدروژن فرآوان ترین عنصر طبیعت محسوب می شود. بنابراین دانشمندان در تلاش اند تا راهی بیابند که بتوان از هیدروژن به عنوان سوخت در خودروها استفاده کرد. آزمایشات انجام گرفته در ایستگاه فضایی بین المللی می تواند حرکت به سوی اقتصاد مبتنی بر هیدروژن را تسریع کند.
تصور کنید برای سوخت گیری خودروتان به سمت جایگاه سوخت رسانی حرکت می کنید، دهانه لوله سوخت رسانی را وارد مخزن سوخت خودرو می کنید، اما سوختی که مصرف می کنید، از نوع

سوخت های متداول نیست بلکه هیدروژن است. هیدروژن گازی بی رنگ و بی بو است که از سوختن آن فقط بخار آب حاصل می شود، که سریع و بدون هیچ خطری توسط محیط اطراف جذب
می شود. یک کیلوگرم از هیدروژن تقریباً سه برابر همین میزان بنزین انرژی آزاد می کند و این در حالی است که هیدروژن فرآوان ترین عنصر طبیعت محسوب می شود؛ پس جای تعجب نیست که چرا دانشمندان در تلاش اند تا راهی بیابند که بتوان از هیدروژن به عنوان سوخت در خودروها استفاده کنند. ال ساکو، مدیر مرکز تولید مواد پیشرفته تحت جاذبه ضعیف (CAMMP) در دانشگاه نورسسترون بوستون که زیر نظر ناسا مشغول فعالیت است در این زمینه می گوید: «ده ها شرکت از جمله بزرگ ترین شرکت های سازنده خودرو، موتورهایی را طراحی کرده اند که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کند.
این موتورها بسیار شبیه به موتورهای احتراق داخلی هستند که ما امروزه به طور گسترده ای از آنها استفاده می کنیم. سلول های سوختی، یکی دیگر از منابع ممکن برای تولید نیرو در خودروها نیز از هیدروژن استفاده می کنند. برای آن که استفاده از این فناوری ها در زندگی روزمره ممکن شود، لازم است دانشمندان راهی برای ذخیره سازی و انتقال ایمن هیدروژن بیابند که از لحاظ هزینه به صرفه بوده و با هزینه های استفاده از بنزین قابل مقایسه باشد.»
اما انجام این کار چندان هم آسان نیست. گاز هیدروژن سبک و فرار است. مولکول های کوچک H2 از طریق روزنه ها و شکاف ها و همچنین از طریق بست ها و شیرها بسیار سریع نشت می کنند و هنگامی که از این طریق خارج شدند خیلی زود تبخیر می شوند. هیدروژن چهار برابر سریع تر از متان و ده برابر سریع تر از بخارهای بنزین نفوذ می کند. این مسئله در مورد حفظ ایمنی دستگاه از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است؛ چرا که قطرات هیدروژن بسیار سریع تبخیر شده و در محیط پراکنده می شوند ومی توانند ایمنی سیستم را به خطر اندازند.
این مسئله می تواند برای هر کسی که می خواهد گاز هیدروژن را ذخیره کند، دردسرساز شود. هر چند که هیدروژن مایع بسیار متراکم است و ذخیره سازی آن آسان به نظر می رسد، اما در عین حال ذخیره کردن آن می تواند مشکلاتی را نیز به همراه داشته باشد؛ هیدروژن حدوداً در دمای ۲۰ درجه کلوین (۲۵۳ درجه سانتی گراد) مایع می شود. نگهداری از یک مخزن پر از هیدروژن مایع، نیازمند استفاده از یک سیستم خنک کننده جانبی سنگین است، فعلاً استفاده از این سیستم ها در خودروهای مسافربری معمولی مقدور نیست.
هیدروژن مایع چنان سرد است که حتی می تواند باعث منجمد شدن هوا نیز شود. این امر می تواند به مسدود شدن شیرها و اتصالات منجر شود که افزایش ناخواسته فشار را به همراه دارد. البته ممکن است گفته شود برای مقابله با انجماد هوا از سیستم های عایق کاری استفاده شود، اما این کار نیز مشکلاتی را در پی دارد که از جمله آن ها می توان به افزایش وزن سیستم ذخیره سازی سوخت اشاره کرد. با این تفاسیر چگونه می توان بر مشکلات پیش رو غلبه کرد؟
ساده است: چند قطعه سنگ را در داخل مخزن سوخت قرا دهید. البته در این مورد نمی توان از سنگ های معمولی استفاده کرد، بلکه باید از سنگ های ویژه ای که زئولیت (Zeolite) نام دارند استفاده کرد. ساکو در تشریح خواص این سنگ ها می گوید: «زئولیت ها موادی از جنس سنگ هستندکه بسیار متخلخلند و به همین دلیل می توانند به عنوان اسفنج های مولکولی عمل کنند. زئولیت ها در شکل کریستالی خود به صورت شبکه گسترده ای از حفره ها و شکاف های به هم پیوسته در نظر گرفته می شوند که بسیار شبیه کندوی زنبور عسل است. یک مخزن سوخت که در ساختار آن از این موارد کریستالی استفاده شده است، می تواند گاز هیدروژن را «در حالت شبه مایع و بدون نیاز به سیستم های خنک کننده سنگین» به دام انداخته و در خود ذخیره کند
ساکو و همکارانش در نظر دارند، با استفاده از کمک های برنامه توسعه تولیدات فضایی ناسا که در مرکز پروازهای فضایی مارشال مستقر است، ایده استفاده از زئولیت ها در مخزن سوخت را عملی سازند. نام زئولیت از کلمات یونانی «Zeo» به معنای جوشیدن و «lithos» به معنای جوشیدن مشتق شده است و معنای تحت الفظی آن «سنگی که می جوشد» است. این نام را به این دلیل به این سنگ ها اطلاق می کنند که هنگامی که تحت تاثیر حرارت قرار می گیرند، محتویات خود را خارج می کنند.
ساکو طرز کار مخزن های سوخت زئولیت دار که در دما کنترل می شود را این گونه شرح می دهد:

ادامه مطلب