معمای هیدروژنی

دغدغه افزایش گازهای گلخانه ای ناشی از سوخت وساز خودروها یکی از متهمین اصلی گرم شدن زمین و ترس نهفته از پایان طلای سیاه، جامعه بشری را در مشت خودش نگه داشته‌است.

  

جایگزینی سوخت‌های فسیلی برای خودروها علامت سوال بزرگی است که پاسخش می تواند دنیا را متحول کند؛ اما همیشه پاسخ‌ها آن‌قدر هم آسان به دست نمی آیند. حقیقت این است که حداقل با دانش امروز جهان هیدروژن پاک​ترین و فراوان ترین گزینه برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی به نظر می رسد  .

خودروهای هیدروژنی همان​گونه که از اسمشان پیداست طراحی شده‌اند تا نیروی محرکه خود را از هیدروژن و تبدیلش به آب تامین کنند و این یعنی خودروهایی بدون آلودگی محیط زیست  .

تکنولوژی تبدیل هیدروژن به نیروی محرکه برای استفاده در موتورهای احتراق داخلی حدودا 200 سال پیش یعنی حتی پیش از ساخت اتومبیل اختراع شد اما یک قرن و نیم طول کشید تا رویای تولید صنعتی خودروهای هیدروژنی رنگی کمرنگ از واقعیت پیدا کند  .

با این وجود اگر همین امروز دنیا را بگردید، به سختی هزار خودروی فعال هیدروژنی پیدا خواهید کرد.نکته اصلی اینجاست که هیدروژن همان قدری که بهترین گزینه است می‌تواند بدترین گزینه در دسترس ما نیز باشد  .

ماشین‌های هیدروژنی امروزی به دو طریق هیدروژن مصرف می کنند؛ یا همان​گونه که دو قرن پیش اختراع شدند به موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی مجهزند یا از پیل‌های سوختی نیرو می گیرند که در حقیقت این دومی که رایج​تر نیز هست مدل دیگری از همان ماشین​های برقی به شمار می آید که این بار برق موتور الکتریکی خود را به جای باتری های پر دردسر لیتیومی از پیل‌های سوختی هیدروژن تامین می کنند که بازده آنها فقط گرما و آب است؛ برای همین هم فاقد آلودگی به شمار می آیند.حتما خواهید پرسید چقدر گران تمام خواهد شد یا چگونه سوختگیری می شوند  .

پیل​های سوختی هیدروژن
خب چیزی که عموم ماشین‌های هیدروژنی را ممکن می کند پیل‌های سوختی هستند که امکان تبدیل هیدروژن به الکتریسیته را فراهم می سازند. اختراع پیل‌های سوختی به   1839 برمی‌گرددبه  زمانی که سرویلیام روبرت گرو، فیزیکدان انگلیسی با معکوس کردن فرایند تولید هیدروژن از  طریق الکترولیز آب توانست الکتریسیته به دست آورد.

او در آن زمان اسم اختراعش را باتری ولتائیک گازی گذاشت؛ چیزی که امروزه با عنوان پیل سوختی هیدروژن می شناسیم سال‌ها بعد مصادف با اوایل قرن بیستم، فرانسیس بیکون بر اساس همین قاعده نخستین پیل سوختی هیدروژن کاربردی را به دنیا هدیه کرد.

اما اولین سیستم پیل های سوختی صنعتی توسط جنرال الکتریک در اوایل دهه 1960 به منظور استفاده در کپسول‌های فضایی (مدارگرد) ساخته شد که نهایتا از اواخر قرن بیستم برای اتوبوس​های شهری کاربرد پیدا کردند و در نتیجه ما فهمیدیم که استفاده از پیل‌های سوختی برای ماشین‌ها شدنی است.

به پیل‌های سوختی می توانید به دید نوعی باتری نگاه کنید جز اینکه باتری‌ها سوخت را داخل خود نگاه می دارند و یک پیل سوختی نیاز به پر کردن مجدد دارد. پیل‌های سوختی که ماشین‌های امروزی استفاده می کنند PEM یا پیل‌های سوختی با غشای تبادل پروتون هستند که مزایای خاص خود را نسبت به باتری‌های قابل شارژ معمولی دارند.

این پیل‌ها در دمای نسبتاً پایین کار می کنند، در نتیجه می توانند خیلی سریع از حالت سرد شروع به کار کنند و از آنجا که چگالی انرژی بالایی دارند می شود آنها را در ابعادی کوچک و سبک ساخت تا خودروها به راحتی بتوانند پیل‌های سوختی بیشتری با خود حمل کنند.

به علاوه راندمان پیل‌های PEM بیش از 40 تا 50 درصد یعنی  در حداکثر ولتاژ تئوری  تعریف شده کار می‌کنند. این گونه پیل​ها در حقیقت از دو الکترود آند و کاتد و یک الکترولیت تشکیل شده اند و نیمه واکنش اکسایش گاز هیدروژن در آند و نیمه واکنش کاهش اکسیژن مولکولی در کاتدصورت می گیرد.

محصول این دو نیمه واکنش آب و جریان الکتریکی است.عملی کردن این واکنش ها برای ساخت پیل احتیاج به تکنولوژی پیشرفته ای دارد. واکنش کنترل‌شده نیاز به مجموعه ای از لوله‌ها، غشاها و کاتالیزورها دارد و همه اینها باید در یک خودروی سبک و ارزان جای بگیرند و تازه بتوانند آن‌قدر انرژی تولید کنند که سرعت کافی و امکان استفاده از نور، رادیو، ضبط، تهویه و ... را هم فراهم کنند.

حتما اسم ماشین‌ های آب کار را هم شنیده اید، خب این ماشین‌ها هم در حقیقت هیدروژن مصرف می کنند؛ با این تفاوت که عمل الکترولیزبرای تولید هیدروژن راداخل موتور خودشان انجام می دهند که در نتیجه پیچیدگی طراحی و هزینه تمام شده بالایی دارند.

بهترین انتخاب!؟
شاید الان خیلی ها بگویند با این همه مزایا چرا خودروهای هیدروژنی بعد از این همه مدت همه گیر نشده اند؟ خب جواب خیلی پیچیده نیست. در نگاه اول ساختن خودروهای هیدروژنی تفاوت چندانی با خودروهای برقی نمی‌کند؛ با این تفاوت که هزینه تولید بسیار بالایی دارند. از طرفی هم هیدروژن با وجودی که فراوان​ترین عنصر جهان به شمار می آید اصلا راحت تولید نمی شود.

هیدروژن سبک​ترین عنصر جهان است؛ در نتیجه هر شکلی از آن خیلی سریع به سوی جو بالایی زمین صعود می کند و مقداری هم که روی سیاره باقی می ماند در فرم مولکولی اش تنها در ارتباط با مواد دیگر یافت می شود که طبیعتا بیشترش در حال زندگی مسالمت آمیز با اکسیژن در قالب آب​های اقیانوسهای زمین است و ساده ترین روش استخراج آن هم همان روشی است که 150 سال پیش اختراع شد؛ یعنی الکترولیز و شکستن فرمول H2O .

اما اگر نخواهیم دست به آب بزنیم گاز طبیعی گزینه خوبی خواهد بود؛ گزینه ای که امروزه عمومی ترین روش صنعتی استخراج هیدروژن را تشکیل می دهد اما متاسفانه باز هم ما را به سوخت های فسیلی محتاج خواهد کرد که واقعا باید گفت چه کاری​است خب! همین امروز هم که همان کار را می کنیم تازه بدون دردسر و هزینه اضافی! در نتیجه مطمئنا بدترین انتخاب برای تامین منبع سوخت آینده، معکوس کردن استفاده از همان سوختی است که امروز هم از آن استفاده می کنیم.

پس اگر بخواهیم واقعا به فکر گازهای گلخانه ای باشیم، باید به راه دیگری غیر از گاز طبیعی برای گرفتن هیدروژن فکر کنیم؛ هرچند نباید این نکته مهم را فراموش کرد که در این روش حداقل آلودگی به یک بیست و پنجم سوزاندن سوخت‌های فسیلی امروز دنیا کاهش خواهد یافت.

در واقع می شود این​طور گفت که استفاده از هیدروژن می تواند به کاهش آلودگی و در نهایت؛ وابستگی به سوخت‌های فسیلی منجر شود اما در مقابل این ویژگی ها با مشکلات بزرگی مواجه است که می‌تواند آینده هر نوع تصمیمی برای پشتیبانی از استراتژی جایگزینی هیدروژن را با تردیدهای جدی مواجه کند.

اول اینکه هزینه توسعه صنعتی چنین سیستم‌هایی بالاست. آن قدر بالا که خیلی از شرکت‌های خودروسازی کلا بی خیال توسعه این سبک اتومبیل‌ها شده اند، دیگر اینکه باید تمام زیرساخت‌های مبتنی بر سوخت‌های فسیلی امروزی را جایگزین کرد.

به هر حال همه خودروها نیازمند سوختگیری هستند و مردم هم تا وقتی جایگاه‌های سوخت هیدروژنی نباشد، خودروی هیدروژنی نمی خرند در مقابل هیچ کس هم تا وقتی خودروهای هیدروژنی به اندازه کافی دست مردم نباشد، روی توسعه چنین جایگاه هایی سرمایه‌گذاری نمی‌کند. پمپ‌های هیدروژن، مثل پمپ بنزین های امروزی نیستند؛بایدهیدروژن را به صورت فشرده
از طریق یک سیستم بسته توسط پمپ​های بسیار قوی به مخزن خودرو منتقل کرد. البته امروزه در برخی جایگاه​های بنزین کالیفرنیای آمریکا می شود پمپ‌های هیدروژنی نصب شده را مشاهده کرد و قرار است تا دهه آینده آلمان هم نسبت به توسعه این جایگاه ها اقدام کند؛ هرچند در نهایت این برنامه اصلا ارزان نخواهد بود.

از سوی دیگر خودروهای هیدروژنی هنوز بیش از حد گرانند قیمت بسیاری از خودروهایی که همین امروز در تعداد پایین ​توسط شرکت‌هایی مانند هوندا یا ب ام و تولید می شود عموما بیش از صد هزار دلار قیمت دارند و تازه این در حالی است که صحبتی از خطرات و دردسرهای نگهداری از هیدروژن به میان نیاورده ایم.

هیدروژن همان​قدری که فراوان است به علت قدرت نفوذ دراغلب جداره ها شدیدا مستعد شعله‌وری ایست موضوعی که ذخیره هیدروژن به صورت گاز را کاری خطرناک و احمقانه جلوه می دهد. البته امروزه از مخازن فیبر کربنی سبک با فشار 680 اتمسفر به عنوان روشی استاندارد استفاده می شود.

یک دهه پیش نگرانی از این هم بیشتر بود مثلا فکر کنید در دمای35 - درجه یک روز سرد زمستانی چه اتفاقی برای بخار آب خروجی چنین ماشین‌هایی رخ خواهد داد، مشکلی که بعدها با پیشنهاد جنرال موتورز مبنی برطراحی اگزوزهایی که تا دو دقیقه بعد از خاموش شدن خودرو هم کارکنند برطرف شد.

امروزه با پیشرفت هرچه بیشتر تکنولوژی یک گام بیشتر به تولید خودروهای هیدروژنی نزدیک می شویم؛ البته همان‌طور که همیشه می گویند حقیقت لزوما نباید موافق رویاهای ما باشد شاید در فاصله سه تا چهار دهه اتفاق دیگری افتاد اما حداقل بر اساس دیدگاه امروز دنیا خودروهای هیدروژنی و یا احتمالا هیبریدی در رقابت با خودروهای الکتریکی می توانند آینده دار باشند هرچند بیشتر متخصصان انرژی معتقدند که هیدروژن در خوشبینانه ترین حالت بهترین گزینه برای کشتی ها، قطارها و خودروهای بزرگ بوده و صرفه اقتصادی خواهد داشت حال باید منتظر شد و دید در آینده چه پیش خواهد آمد.

  • بازدید: 811
  • تاریخ انتشار: يكشنبه ۱۵ بهمن ۱۳۹۱ ساعت ۱۳:۳۱
  • شناسه مطلب: 2737

ارسال دیدگاه ؛


کد امنیتی
تصویر جدید



مطالب تصادفی

شخصیت شناسی از روی موسیقی مورد علاقه

شخصیت شناسی از روی موسیقی مورد علاقه
 قبل از آنکه بله بگویید، برای بیشتر شناختن مرد آینده تان می توانید نگاهی به کتاب های کتابخانه اش بیندازید...
داستان زیبای پدر

داستان زیبای پدر
وقتی که نوجوان بودم یک شب با پدرم در صف خرید بلیط سیرک ایستاده بودیم. جلوی ما یک خانواده پرجمعیت ایستاده بود و...
مرباي ميكس

مرباي ميكس
مواد لازم: سيب متوسط 1 عدد به متوسط 1 عدد هويج 1 عدد شكر سه و نيم پيمانه آب 5 پيمانه جوهرليمو يك چهارم...
حاملگي بدون جنين

حاملگي بدون جنين
 اگرچه اغلب حاملگي‌ها بدون مشكل مراحلشان را طي مي كنند، ولي گاهي ممكن است خانم‌ بارداري به طور ناگهاني يا...

مطالب پربازدید

تماس با ماهنگ

تماس با ماهنگ
بازدیدکننده گرامی؛ جهت تماس با مدیریت وب سایت ماهنگ از دو طریق ارسال ایمیل و یا تکمیل فرم زیر اقدام نمایید : ایمیل...
مجموعه ای جدید از جملات خاص و سنگین پیامک های مفهومی

مجموعه ای جدید از جملات خاص و سنگین پیامک های مفهومی
من در میان مردمی هستمکه باورشان نمیشود تنهایــــممیگویند خوش بحالت که خوشحالینمی دانند دلیل شاد بودنم باج به آنهاستبرای...
چرا وقتی آب منجمد می شود حجم آن افزایش و وزنش کاهش می یابد؟

چرا وقتی آب منجمد می شود حجم آن افزایش و وزنش کاهش می یابد؟
یخ هنگام انجماد، منبسط می شود. علت این انبساط پیوند هیدروژنی میان مولکول های خمیده آب است.
چرا عرق لباس را زرد میکند؟

چرا عرق لباس را زرد میکند؟
تا حالا عرق از سر، صورت و دست تان چکیده است؟ آن قدر که کلافه شده اید و حتی گاهی نیز در مقابل دیگران خجالت هم کشیده...

مطالب جدید

نرم افزار آموزش الفبای انگلیسی ( محصول جدید انتشارات تاجیک)

نرم افزار آموزش الفبای انگلیسی ( محصول جدید انتشارات تاجیک)
یکی از دروس جدیدی که دانش‌آموزان در پایه‌ی هفتم باید بیاموزند، درس زبان انگلیسی است. نویسندگاه کتاب زبان انگلیسی...
فواید یادگیری زبان خارجی برای مغز که نمی‌دانستید

فواید یادگیری زبان خارجی برای مغز که نمی‌دانستید
امروزه دانشمندان ثابت کرده‌اند که یادگیری زبان دوم می‌تواند در بهبود هوش، حافظه و تمرکز نقش مهمی داشته...
ضرروت دانستن دو زبان

ضرروت دانستن دو زبان
مغز یك فرد دو زبانه مانند رادیویی است كه به طور همزمان 2 كانال را پخش می‌كند. ممكن است كه در حال صحبت كردن به یك...
ضرورت یادگیری زبان انگلیسی

ضرورت یادگیری زبان انگلیسی
     شايد يادگيري زبان انگليسي مهمترين گام در ارتقاء کيفيت زندگي شما باشد.  آيا هيچ فکر...