سوخت هيدروژن

[محمــد 4415]

نويسنده : س.خ - شانا

امروزه گاز هيدروژن براي استفاده در موتورهاي احتراقي و وسايل نقليه الكتريكي باتري دار مورد بررسي قرار گرفته است. هيدروژن در دما و فشار طبيعي، يك گاز است و به اين علت، انتقال و ذخيره آن از سوخت هاي مايع ديگر، دشوارتر است. سامانه ‌هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافته‌اند، عبارتند از:

 

هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي مثال، هيدريد فلزات).

 

با اين كه تاكنون هيچ سامانه حمل و نقل و توزيع مناسبي براي هيدروژن وجود نداشته، اما توانايي توليد اين سوخت از مجموعه متنوعي از منابع و خصوصيت پاك سوز بودن آن، هيدروژن را به سوخت جانشين مناسبي تبديل كرده است.

هيدروژن يکي از ساده‌ترين و سبك‌ترين سوخت هاي گازي است که در فشار اتمسفري و دماي جوي حالت گاز دارد. سوخت هيدروژن همان گاز خالص هيدروژن نيست، بلكه مقدار كمي اكسيژن و ديگر مواد را نيز با خود دارد. منابع توليد سوخت هيدروژن شامل گاز طبيعي ، زغال سنگ ، بنزين و الكل متيليك هستند. فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد هيدروژن هستند.

در صنعت و آزمايشگاه هاي شيمي، توليد هيدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدني است: 1- الكتروليز 2- توليد گاز مصنوعي از بازسازي بخار يا اكسيداسيون ناقص. در روش الكتروليز با استفاده از انرژي الكتريكي، مولكول‌هاي آب به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي‌شوند. انرژي الكتريكي را مي‌توان از هر منبع توليد الكتريسيته كه شامل سوخت هاي تجديد پذير نيز مي‌شوند، به دست آورد. وزارت نيروي آمريكا به اين نتيجه رسيده است كه استفاده از روش الكتروليز براي توليد مقادير زياد هيدروژن در آينده مناسب نخواهد بود.

روش ديگر براي توليد گاز مصنوعي، بازسازي بخار گاز طبيعي است. در اين روش، مي‌توان از هيدروكربن‌هاي ديگر نيز به عنوان ذخاير تامين مواد استفاده كرد. براي نمونه، مي‌توان زغال سنگ و ديگر مواد آلي (بيوماس) را به حالت گازي درآورد و آن را در فرآيند بازسازي بخار براي توليد هيدروژن به كار برد. از طرفي چون هيدروکربن هاي فسيلي محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است ديد خود را به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطوف کنيم.

گاز هيدروژن مي تواند هم از منابع اوليه تجديد پذير و هم از منابع تجديد ناپذير توليد شود. امروزه توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد پذير به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را مي پيمايد. اين در حالي است که توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد ناپذير به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين منابع روز به روز کاهش مي يابد.

 

گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمر ها روي بيوماس، توليد مي شود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. در روند توليد گاز هيدروژن، باکتري هاي بي هوازي با استفاده از پديده تخمير، مواد آلي و آب را به گاز هيدروژن تبديل مي کنند. براي توليد هيدروژن به وسيله باکتري ها دو نوع تخمير وجود دارد: يک نوع تخمير نوري است که در آن به منبع نور نياز است و نوع ديگر، تخمير در تاريکي است که نيازي به نور ندارد. در اين واکنش ها منابع کربني زيادي استفاده مي شود که همگي از بيوماس تامين مي شوند.

 

در طبيعت ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روش هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و بي هوازي در کنار هم است. در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و ph پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز هيدروژن بالا مي رود.

 

تحقيق و توسعه

 

وزارت نيروي آمريكا براي توسعه استفاده از هيدروژن دو برنامه اصلي را دنبال مي‌كند که يکي برنامه هيدروژن وزارت نيرو و ديگري شبكه اطلاعاتي تكنولوژي‌هاي هيدروژن است. هيدروژن، سومين انرژي فراوان بر روي سطح زمين است. همان طور كه به صورت ابتدايي در آب و تركيبات آلي يافت مي شود. هيدروژن از هيدروكربن ها يا آب به دست مي آيد و هنگامي كه به عنوان سوخت مصرف مي شود، يا براي توليد الكتريسيته از آن استفاده مي شود و يا با تركيب مجدد با اكسيژن توليد آب مي كند. از اين رو و با توجه به قابليت بالاي توليد انرژي در اين سوخت اخيراً تلاش هاي زيادي براي جانشين کردن اين سوخت صورت مي گيرد.

 

مسائل ايمني

 

هيدروژن از ديدگاه ايمني نيز مطمئن و مطلوب است و براي حمل ونقل ، نگهداري و استفاده، خطرناك تر از سوخت هاي رايج ديگر نيست. به هر صورت مسائل ايمني همچنان به عنوان يكي از اساسي‌ترين مقوله ها در استفاده از انرژي هيدروژن باقي مي ماند.استانداردهاي متداول دنيا امنيت استفاده از آن را با سختگيري در طراحي‌ و انجام آزمايش هاي متعدد فراهم مي آورد. همچنين در حوزة نگهداري و حمل آن، استانداردهاي بسياري براي تمام تجهيزات مرتبط تدوين شده است.

 

اقتصاد هيدروژن

 

براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفه‌ترين راه انتقال سوخت‌هاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت مي‌گيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد.

ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار مي‌دهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و دردسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.

ویسایت عسلویه