هیدروژن و انرژی

تولید، استفاده، مزایا و مضرات هیدروژن بعنوان سوخت

برق برای تأمین انرژی دستگاههای برقی مورد نیاز میباشد، اما داشتن سوخت های مایع یا گازی که بتوانند در مخزن ذخیره شده  و در اتومبیل یا هواپیماها حمل شوند نیز بسیار مفید است.

هنگامی که ما سوخت های فسیلی مانند بنزین، سوخت دیزل یا نفت سفید را استفاده می کنیم، دی اکسید کربن گلخانه ای وارد جو می شود. این امر با ایجاد تغییرات آب و هوایی و اسیدی شدن اقیانوس و همچنین آلودگی هوا، سالانه میلیون ها انسان را در سرتاسر جهان می کشد و آسیب های بزرگی را به محیط زندگی وارد میکند. بنابراین باید هر چه سریعتر عادت به استفاده از سوخت فسیلی از بین برود.

هیدروژن، گازی است که هنگام سوختن، یا واکنش در یک سلول سوختی، انرژی بیشتری از هر نوع سوخت فسیلی در هر کیلوگرم ایجاد می کند و تمام آنچه که در جو آزاد می شود فقط بخارآب است. سالهاست که به عنوان جایگزینی برای سوخت های فسیلی مطرح میباشد، اما موانع جدی وجود داشته است که باید با رفع آنها، به یک سوخت پایدار و عملی تبدیل شود. به نظر میرسد در سال 2018 بسیاری از مشکلات مرتبط با هیدروژن حل شده است تا بتواند بدون آسیب رساندن به محیط زیست، مصرف آن را در مقادیر زیاد شروع کنیم.

تولید هیدروژن

در حالی که هیدروژن به مراتب فراوانترین عنصر جهان است، اما به شکل آزاد در کره زمین وجود ندارد. اما در ترکیب شیمیایی نفت همراه با کربن، و از همه مهمتر در آب به همراه اکسیژن، فراوان میباشد.

چگونه هیدروژن آزاد ، بدون ترکیب با عناصر دیگر بدست بیاوریم؟

چهار روش اصلی وجود دارد که توسط آنها هیدروژن بصورت تجاری تولید می شود. سه مورد اول شامل استفاده از گاز طبیعی، نفت و ذغال سنگ است. آخرین مورد، استفاده از روش الکترولیز آب میباشد. در حال حاضر به ترتیب، 48٪، 30٪، 18٪ و 4٪ از تولید هیدروژن جهان از این 4 روش بدست می آید. اگر بخواهیم صدمه جبران ناپذیری به سیاره زمین نرسانیم ، سه روش اول مفید نمیباشند چرا که درهمه آنها با سوختن سوخت های فسیلی، دی اکسید کربن آزاد میباشد.

الکترولیز، که برای جدا کردن هیدروژن از اکسیژن موجود در آب، از برق استفاده می کند، میتواند از انرژی تجدید پذیر بدون تولید گازهای گلخانه ای بهره ند شود.

چه ایرادی در استفاده از گازطبیعی، سوخت دیزل یا زغال سنگ برای تولید هیدروژن وجود دارد؟

در صورت استفاده از سوزاندن گاز طبیعی برای تولید هیدروژن، به ازای هر تن هیدروژن تولیدی، 9 تا 12 تن دی اکسید کربن  نیز تولید می شود. اگر سوخت دیزل استفاده شود، حتی دی اکسید کربن بیشتری تولید می شود، و در مورد زغال سنگ تولید دی اکسیدکربن به مراتب بیشتر است.

گاز طبیعی و سوخت دیزل حاوی مقادیر قابل توجهی هیدروژن هستند، اما زغال سنگ حاوی مقدار بسیار کمی میباشد. از زغال سنگ فقط به عنوان منبع انرژی مورد نیاز برای تجزیه مولکول های آب به اتم های هیدروژن و اکسیژن آزاد استفاده می شود. این امر منجر به انتشار مقدار زیادی CO2 می شود. به عنوان مثال، در یک کارخانه آزمایشی برای استفاده از زغال سنگ برای تولید هیدروژن که در استرالیا ساخته می شود، از 160 تن زغال سنگ برای تولید سه تن هیدروژن استفاده می شود و در این روش 450 تن CO2 به جو منتقل می کند. این یعنی 150 تن CO2 برای هر تن هیدروژن.

از نظر تئوری، فرآیندی به نام ضبط و ذخیره کربن می تواند برای جذب CO2 هوا و قرار دادن آن در مخازن زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، این روش به اندازه ای گران است که به ندرت از آن استفاده می شود.

در سراسر جهان، تولید هیدروژن یک صنعت بزرگ به شمار میرود. یک درصد از گازهای گلخانه ای جهان از تولید هیدروژن ناشی میشود. تولید و استفاده از هیدروژن طی سالهای آتی بسیار افزایش خواهد یافت، بنابراین پایدار بودن تولید آن بسیار مهم است.

تولید الکترولیتی هیدروژن       

مزرعه Sundrop طرح توسعه گلخانه ای بزرگی در نزدیکی بندر آگوستا در استرالیا جنوبی است که از انرژی خورشیدی برای آب شیرین کن آب استفاده میکند.

شرکت فرانسوی نئون در نظر دارد پارک انرژی کریستال بروک (CBEP) را در استرالیا احداث کند. CBEP شامل یک مزرعه بادی، مزرعه خورشیدی ، باتری بزرگ و یک کارخانه هیدروژن الکترولیتی با هدف تولید 20 تن هیدروژن در روز است.

در استرالیای جنوبی در بندر لینکولن، یک کارخانه تولید هیدروژن الکترولیتی تجدید پذیر وجود دارد. گزارش شده است که تأسیسات بندر لینکلن روزانه ده تن هیدروژن تولید می کند.

شایان ذکر است که با ذخیره سازی برق فتوولتائیک خورشیدی، تولید هیدروژن الکترولیتی می تواند با انرژی حرارتی خورشیدی رقابت کند.

چرا از انرژی تجدید پذیر برای ساخت هیدروژن استفاده می شود؟

هیدروژن را می توان با استفاده از ذغال سنگ به عنوان منبع انرژی یا از متان با تغییر در بخار متان تولید کرد، اما هر دو فرآیند منجر به انتشار دی اکسید کربن می شود. هیدروژن را می توان با الکترولیز، از طریق انرژی الکتریکی تجدید پذیر و بدون انتشار دی اکسید کربن ، تولید کرد.

در صورت تولید بیشتر از تقاضای انرژی تجدید پذیر از منابع باد، فتوولتائیک، خورشیدی حرارتی، موج و سایر انرژی ها ، ذخیره سازی انرژی مازاد مورد نیاز خواهد بود.

در حال حاضر، در برخی نقاط استرالیای جنوبی، به طور متوسط نیمی از برق مصرفی توسط باد و خورشید تولید می شود. و هنگامی که برق بیشتر از نیاز مصرف باشد توربین های بادی باید خاموش شوند.

مقداری انرژی اضافی می تواند به جای دیگری ارسال شود، اما عمدتا با توجه به ظرفیت پائین انتقال برق، محدود میباشد. بخشی می تواند در باتریها ، بخشی در سیستم های هیدرولیک پمپ شده و بخشی نیز میتواند به هیدروژن تبدیل شود.

هیدروژن برای چه مواردی قابل استفاده است؟

هیدروژن کاربردهای زیاد و بالقوه ای دارد. مانند بسیاری موارد دیگر، هزینه، تعیین کننده است. هر چه هزینه ها کمتر شود، استفاده بیشتری امکانپذیر خواهد بود.

برخی کاربردهای هیدروژن:

می توان آن را به یک سیستم گاز طبیعی موجود تزریق کرد و با گاز طبیعی متان ترکیب کرد. هیدروژن، نسبت به سایر سوخت ها، در هنگام سوختن انرژی بیشتری تولید می کند.

می توان آن را با نیتروژن ترکیب کرد تا آمونیاک تولید شود، که دارای کاربردهای زیاد و بالقوه میباشد و حمل آن به راحتی در سراسر جهان امکان پذیر است.

آمونیاک برای بازیابی هیدروژن میتواند تجزیه شود.

آمونیاک می تواند برای تولید کودهای ازت و مواد منفجره مورد استفاده قرار گیرد.

آمونیاک را می توان در موتورهای احتراق داخلی سوزاند (بدون انتشار دی اکسید کربن).

آمونیاک می تواند در توربین های برق سوزانده شده و برق تولید شود.

می توان آمونیاک را در مخازن زیرزمینی برای استفاده بعدی ذخیره کرد.

آمونیاک می تواند سوخت وسایل نقلیه در سلول های سوختی باشد.

لینک مطلب: https://ramblingsdc.net/Hydrogen.html

Views: 24