امروزه گاز هیدروژن برای استفاده در موتورهای احتراقی و وسایل نقلیه الکتریکی باتریدار مورد بررسی قرار گرفته است. هیدروژن در دما و فشار طبیعی، یک گاز است و به این علت، انتقال و ذخیره آن از سوختهای مایع دیگر، دشوارتر است. سامانه‌هایی که برای ذخیره هیدروژن توسعه یافتهاند، عبارتند از:
هیدروژن فشرده، هیدروژن مایع و پیوند شیمیایی میان هیدروژن و یک ماده ذخیره (برای مثال، هیدرید فلزات).
با این که تاکنون هیچ سامانه حمل و نقل و توزیع مناسبی برای هیدروژن وجود نداشته، اما توانایی تولید این سوخت از مجموعه متنوعی از منابع و خصوصیت پاک سوز بودن آن، هیدروژن را به سوخت جانشین مناسبی تبدیل کرده است.
هیدروژن یکی از سادهترین و سبکترین سوختهای گازی است که در فشار اتمسفری و دمای جوی حالت گاز دارد. سوخت هیدروژن همان گاز خالص هیدروژن نیست، بلکه مقدار کمی اکسیژن و دیگر مواد را نیز با خود دارد. منابع تولید سوخت هیدروژن شامل گاز طبیعی، زغال سنگ، بنزین و الکل متیلیک هستند. فرآیند فتوسنتز در باکتری‌ها یا جلبک‌ها و یا شکافتن آب به دو عنصر هیدروژن و اکسیژن به کمک جریان الکتریسیته یا نور مستقیم خورشید از آب، روش‌های دیگری برای تولید هیدروژن هستند.
در صنعت و آزمایشگاه‌های شیمی، تولید هیدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدنی است:
1- الکترولیز
2- تولید گاز مصنوعی از بازسازی بخار یا اکسیداسیون ناقص
در روش الکترولیز با استفاده از انرژی الکتریکی، مولکولهای آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه میشوند. انرژی الکتریکی را میتوان از هر منبع تولید الکتریسیته که شامل سوختهای تجدید پذیر نیز میشوند، به دست آورد. وزارت نیروی آمریکا به این نتیجه رسیده است که استفاده از روش الکترولیز برای تولید مقادیر زیاد هیدروژن در آینده مناسب نخواهد بود.
روش دیگر برای تولید گاز مصنوعی، بازسازی بخار گاز طبیعی است. در این روش، میتوان از هیدروکربنهای دیگر نیز به عنوان ذخایر تامین مواد استفاده کرد. برای نمونه، میتوان زغال سنگ و دیگر مواد آلی (بیوماس) را به حالت گازی درآورد و آن را در فرآیند بازسازی بخار برای تولید هیدروژن به کار برد. از طرفی چون هیدروکربنهای فسیلی محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است دید خود را به سمت استفاده از منابع تجدید شونده معطوف کنیم.
گاز هیدروژن می‌تواند هم از منابع اولیه تجدید پذیر و هم از منابع تجدید ناپذیر تولید شود. امروزه تولید گاز هیدروژن از منابع تجدید پذیر به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را می‌پیماید. این در حالی است که تولید گاز هیدروژن از منابع تجدید ناپذیر به ویژه منابع فسیلی به علت محدود بودن این منابع روز به روز کاهش می‌یابد.
گاز هیدروژن در اثر واکنش‌های تخمیری میکروارگانیسم‌های زنده، به ویژه باکتری‌ها و مخمرها روی بیوماس، تولید میشود. بیوماس از منابع اولیه تجدید پذیر است که از موادی مانند علوفه، ضایعات گیاهان و فضولات حیوانات به دست می‌آید. در روند تولید گاز هیدروژن، باکتری‌های بی هوازی با استفاده از پدیده تخمیر، مواد آلی و آب را به گاز هیدروژن تبدیل می‌کنند.
برای تولید هیدروژن به وسیله باکتری‌ها دو نوع تخمیر وجود دارد: یک نوع تخمیر نوری است که در آن به منبع نور نیاز است و نوع دیگر، تخمیر در تاریکی است که نیازی به نور ندارد. در این واکنش‌ها منابع کربنی زیادی استفاده میشود که همگی از بیوماس تامین میشوند.
در طبیعت میکروارگانیسم‌های بی هوازی در غیاب اکسیژن و با استفاده از پدیده تخمیر، گاز هیدروژن تولید می‌کنند، ولی مقدار این گاز از نظر کمی پایین است و از نظر اقتصادی برای مصارف صنعتی و خانگی و… قابل توجیه نیست؛ از این رو باید با استفاده از روش هایی، بازده تولید گاز هیدروژن را افزایش داد. یکی از روش هایی که میتوان بازده تولید گاز هیدروژن را بالا برد، تغییرات ژنتیک در ژنوم این باکتری‌ها با استفاده از روش‌های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی است. روش دیگر، استفاده از ترکیبی از باکتری‌های هوازی و بی هوازی در کنار هم است. در این روش چون باکتری‌های بی هوازی در فرآیند تخمیر تولید اسید‌های آلی می‌کنند، رفته رفته محیط واکنش اسیدی میشود و PH پایین می‌آید؛ از این رو تولید هیدروژن کاهش می‌یابد. ولی هنگامی که باکتری‌های هوازی در محیط باشند، از اسید‌های آلی استفاده و آنها از محیط خارج می‌کنند؛ در نتیجه راندمان تولید گاز هیدروژن بالا می‌رود.
تحقیق و توسعه
وزارت نیروی آمریکا برای توسعه استفاده از هیدروژن دو برنامه اصلی را دنبال میکند که یکی برنامه هیدروژن وزارت نیرو و دیگری شبکه اطلاعاتی تکنولوژیهای هیدروژن است. هیدروژن، سومین انرژی فراوان بر روی سطح زمین است. همان طور که به صورت ابتدایی در آب و ترکیبات آلی یافت میشود. هیدروژن از هیدروکربن‌ها یا آب به دست می‌آید و هنگامی که به عنوان سوخت مصرف میشود، یا برای تولید الکتریسیته از آن استفاده میشود و یا با ترکیب مجدد با اکسیژن تولید آب میکند. از این رو و با توجه به قابلیت بالای تولید انرژی در این سوخت اخیراً تلاش‌های زیادی برای جانشین کردن این سوخت صورت میگیرد.
مسائل ایمنی
هیدروژن از دیدگاه ایمنی نیز مطمئن و مطلوب است و برای حمل ونقل، نگهداری و استفاده، خطرناک تر از سوختهای رایج دیگر نیست. به هر صورت مسائل ایمنی همچنان به عنوان یکی از اساسیترین مقوله‌ها در استفاده از انرژی هیدروژن باقی می‌ماند.استانداردهای متداول دنیا امنیت استفاده از آن را با سختگیری در طراحی و انجام آزمایش‌های متعدد فراهم می‌آورد. همچنین در حوزه نگهداری و حمل آن، استانداردهای بسیاری برای تمام تجهیزات مرتبط تدوین شده است.
اقتصاد هیدروژن
برای هیدروژن به عنوان یک سوخت، سیستم توزیعی مناسبی وجود ندارد. با این که معمولاً انتقال از طریق خط لوله با صرفهترین راه انتقال سوختهای گازی است، اما در حال حاضر سیستم خط لوله مناسبی موجود نیست. انتقال هیدروژن به طور خاص از طریق مخزن و تانکرهای گاز صورت میگیرد. استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت به یک زیر ساختار برای حمل ونقل و نگهداری و با توجه به مسائل ایمنی و اقتصادی نیاز دارد.
دیدگاه ایجاد یک زیر ساختار که هیدروژن را به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار میدهد، مفهوم اقتصادی بودن این طرح را پدید آورده که بهترین راه جهت ایجاد تقاضای بیشتر برای تولید و مصرف این انرژی است، زیرا منابع تولید هیدروژن بسیار ارزان و دردسترس هستند. هیدروژن قابلیت بالایی برای تولید انرژی دارد و میزان آلودگی ناشی از مصرف این سوخت در محیط زیست بسیار کم است. این سوخت به عنوان منبعی تجدیدپذیر، پاک و فراوان تر از سوخت فسیلی می‌تواند کاربرد زیادی برای نیروگاه‌ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.
با خرید این محصول فایل word و PDF مربوط به این مقاله را دریافت خواهید کرد.
لینک دانلود بی‌درنگ پس از پرداخت نمایش داده شده و فایل فشرده مربوط به این مقاله آماده دانلود خواهد بود.
تعداد صفحات: 4 صفحه | حجم فایل: کمتر از 1 مگابایت | فونت استفاده شده: B Zar
