جهان هیدروژنی
چشم‌اندازی جذاب و اغوا کننده دارد: در کشورهایی که در معرض تابش شدید نور خورشید قرار دارند مجموعه‌های عظیم سلولهای خورشیدی، انرژی الکتریکی تولید می‌کنند و این انرژی به منظور تولید هیدروژن از آب – ماده خامی که
ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
منبع:راسخون
منبع:راسخون
چشم‌اندازی جذاب و اغوا کننده دارد: در کشورهایی که در معرض تابش شدید نور خورشید قرار دارند مجموعه‌های عظیم سلولهای خورشیدی، انرژی الکتریکی تولید می‌کنند و این انرژی به منظور تولید هیدروژن از آب – ماده خامی که تقریباً در مقیاس نامحدود در دسترس است – مصرف می‌شود. هیدروژن تولید شده، با خطوط لوله به کشورهایی نظیر آلمان، فرانسه یا ژاپن که زیاد انرژی مصرف می‌کنند منتقل می‌شود. در کشور مصرف کننده، هیدروژن به عنوان سوخت به وسیله‌ی شبکه‌ی توزیعی که در سرتاسر کشور گسترده است به مصرف‌کنندگان عرضه می‌شود. هیدروژن نه تنها خیال ما را از بابت انرژی آسوده می‌کند بلکه به عنوان انرژی آلاینده، از لحاظ حفاظت محیط زیست نیز از سوختهای فسیلی موجود بسیار مناسب‌تر است. تنها آلاینده‌ای که در خلال سوختن هیدروژن به‌وجود می‌آید اکسید نیتروژن است؛ این عنصر فرّار، بسیاری از مشکلات زیست محیطی را نیز حل می‌کند. بدون تردید سرنوشت اتومبیل به این «جهان هیدروژنی» فردا بستگی دارد.
هیدروژن فراوانترین عنصر جهان است. تابش ستاره‌ها ناشی از تبدیل هیدروژن به هلیم از طریق گداخت هسته‌ای است. وقتی یک کیلوگرم هیدروژن می‌سوزد 33 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی تولید می‌شود که سه برابر انرژی حاصل از بنزین است. مصرف فعلی جهانی هیدروژن به 40 میلیون تُن می‌رسد. تقریباً نصف این مقدار صرف سنتز آمونیاک برای تولید کودهای شیمیایی می‌شود. بقیه‌ی هیدروژن نیز برای تولید متانول که ساده‌ترین نوع الکل است و برای ساخت پلاستیکها مصرف می‌شود. مصرف عمده‌ی دیگر هیدروژن در جامد کردن روغن مایع سویاست. تولید نیرو، گرما و برق از هیدروژن به آسانی ممکن است. به طور خلاصه هیدروژن سبک‌ترین عنصر طبیعت است که میلیاردها سال ماده اولیه‌ی کامل را برای اقتصاد انرژی انسان ممکن می‌سازد.
حتی آنهایی که نمی‌توانند درباره‌ی آینده‌ی دور خیال‌پردازی کنند، پذیرفته‌اند که هیدروژن جانشینی مناسب برای سوختهای فسیلی و بویژه نفت است. صنعت اتومبیل سازی، بلافاصله پس از سال 1973 که اولین بحران نفتی پدید آمد، برای دوری از آثار و عواقب زیانبار چنین پیشامدی تلاش دامنه‌داری به منظور یافتن سیستم محرک جدیدی را آغاز کرد. اتومبیلهای فردا سوخت بسیار کمتری مصرف می‌کنند و حتی بسیار کمتر از پیشرفته‌ترین اتومبیلهای امروزی، آلاینده منتشر می کنند. نتایج تلاش این شرکتها بزودی در خیابانها و جاده‌ها نمایان خواهد شد.
نوآوریهای به کار رفته در طراحی موتور این اتومبیلها تقریباًٌ هنوز در مرحله‌ی آزمون است. از سال 1973 تاکنون شرکت اتومبیل سازی دایملر- بنز بر روی هیدروژن- به عنوان منبع دوم انرژی برای سوخت اتومبیلها- تحقیق کرده است. در سال 1984 در بخش غربی شهر برلین (برلین غربی سابق) برنامه‌ای به منظور یافتن منابع جایگزین انرژی آغاز شد که نتایج مثبتی هم به همراه داشت. هم‌اکنون اتومبیلهایی در خیابانهای برلین آزمایش می‌شوند که با هیدروژن یا مخلوطی از هیدروژن و بنزین کار می‌کنند. شرکت دایملر- بنز از آلیاژ بسیار گرانقیمتی از تیتانیم، وانادیم و منگنز برای ذخیره‌سازی سوخت اتومبیل استفاده کرده است. هیدروژن گازی به وسیله‌ی پودر فلز اسفنج مانند مکیده و به صورت هیدرید ذخیره می‌شود. یک سیستم آبی خنک کننده نیز در مخزن سوخت مورد نیاز است تا گرمای ایجاد شده در هنگام انباشتن مخزن از سوخت را دفع کند. هنگامی که هیدروژن مخزن سوخت را ترک می‌کند تا وارد موتور اتومبیل شود به یک گرم کننده نیاز هست تا دمای هیدروژن را به میزان مطلوب برساند. از معایب مخزن سوخت هیدروژن، وزن زیاد (320 کیلوگرم) آن است و اتومبیلهایی که با چنین مخزن سوختی مجهز شده باشند نمی‌توانند بیش از حدود 120 تا 150 کیلومتر را بدون سوخت‌گیری مجدد طی کنند؛ همچنین به سبب حجم بسیار زیاد مخزن سوخت، که تقریباً هفت برابر مخزنی معمولی است، توانایی حمل بار اضافی را ندارد و فضای خالی در چنین اتومبیلی خیلی کمتر از اتومبیلهای مشابه بنزینی است. پر کردن مخزن سوخت هم مشکل دیگری است و همان طور که بنزین درون مخزن ریخته می‌شود نمی‌توان در مورد هیدروژن هم عمل کرد. هیدروژن پس از مخلوط شدن با هوا به سمت محفظه‌ی احتراق هدایت می‌شود و به منظور جلوگیری از پس زدن شعله وسایل ایمنی بسیاری از جمله سیستم خنک کننده به کار گرفته شده است. در این میان رقیب شرکت دایملر یعنی ب. ام. و. نیز نمی‌خواهد در جاده‌های دهه‌های آینده از رقبای خود عقب بماند و در حالی که دایملر ذخیره سازی هیدرید را ترجیح می‌دهد ب. ام. و. اساس کار را بر هیدروژن مایع گذاشته است. این شرکت هیدروژن مایع با دمای 253- درجه‌ی سلسیوس را در مخزنهای کاملاً عایق شده می‌ریزد. ولی نکته‌ی مهم حفظ چنین دمایی است زیرا در غیر این صورت هیدروژن بخار شده در فضا پراکنده می‌شود. به غیر از موارد یاد شده فرآیند احتراق در موتور هیدروژنی مشابه موتور بنزینی است. هیدروژن را که با سیستم تزریق به درون سیلندر تزریق می‌کنند در آنجا مشتعل می‌شود. البته با وجود تمام تلاشها این نتیجه حاصل شده است که اتومبیلهای بسیار گران‌قیمت هیدروژنی، با توجه به سطح کنونی تکنولوژی هیدروژن، هنوز قادر به رقابت با اتومبیلهای بنزینی و گازوئیلی نیستند.
اما به رغم این مشکلات، هیدروژن می‌تواند به عنوان سوختی برای آینده همچنان مطرح باشد و حتی اگر کارها بخوبی پیش برود این عنصر سبک و فرّار، نام « عصر هیدروژن» را با خود به ارمغان خواهد آورد. در این میان دانشمندان بسیاری دل به هیدروژن بسته‌اند. بنا به عقیده‌ی دکتر لودویگ بالکو پیشگام صنعت هواپیمایی و رئیس سابق شرکت بزرگ «مِسِراشمیت» قرن بیست و یکم عصر هیدروژن خورشیدی خواهد بود. دانشمندی که به تکنولوژی هیدروژن می‌اندیشید دکتر هانس می استاد دانشگاه کایزر اسلاوترن بود. او به همراه تعداد دیگری از دانشمندان برجسته، با حمایت مالی وزارت تحقیقات فدرال مدت 12 سال بر روی مخلوط ویژه‌ی هیدروژن و بنزین کار کرد. این گروه نیروی محرک حاصل از دو مدل موتور هیدروژنی 8 و 6 سیلندر تزریقی را بررسی کردند که در آنها، هیدروژن و بنزین را یک واحد کنترل الکترونیکی به طور همزمان به درون سیلندر تزریق می‌کرد. این قبیل موتورها آسیب بسیار کمی به محیط زیست می‌رسانند. مثلاً مقدار اکسیدهای نیتروژن – که تصور می‌رود یکی از عوامل اصلی تخریب جنگلها باشند- و همچنین گاز سمی و خطرناک مونوکسیدکربن در دود خروجی از اتومبیلهای آزمایشی حتی از سطح مجاز در قوانین سخت گیرانه‌ی آمریکا نیز بسیار پایین‌تر است.
مقدار مونوکسیدکربن و هیدروکربن‌های مصرف نشده در دود خروجی از موتور بسیار ناچیز و قابل اغماض است. همچنین مقدار اکسید نیتروژن خروجی از این موتور حداکثر 1% اکسید نیتروژن خروجی از موتورهای درونسوز معمولی است. اتومبیلهای هیدروژنی چنین مزایایی را مدیون مهمترین اصل رعایت شده در ساختمانشان هستند. هنگامی که اتومبیل هیدروژنی در راه‌بندانهای شهری یا نقطه‌ای دیگر در جا کار کند، تنها هیدروژن مصرف می‌کند و بنزین تنها زمانی به سوخت افزوده می‌شود که موتور بایستی نیروی محرک بیشتری تولید کند و اتومبیل را با سرعت بیشتری به پیش براند و به تدریج با افزوده شدن بنزین به سوخت اتومبیل می‌تواند به نیروی محرک لازم برای رسیدن به سرعتهای بالا دست یابد.
مدل طراحی شده‌ی پرفسور هانس می بسیار آرام و مطمئن کار می‌کند و آزمونها را بخوبی و با موفقیت پشت سر گذاشته است و هم اکنون می‌توان با اطمینان قدم بعدی را برداشت که گذار به مرحله‌ی استفاده از هیدروژن خالص است. در این مرحله تلاش می‌شود که هیدروژن مستقیماً به درون سیلندر تزریق شود. البته برای جلوگیری از بروز مشکل احتمالی، اضافه کردن بعضی تجهیزات ایمنی ضروری است. هدف اصلی از افزودن چنین تجهیزاتی جلوگیری از انفجار ناشی از حادثه است. چنین حوادثی ممکن است در هنگامی که موتور با حداکثر توان خود کار می‌کند رخ دهند. البته پرفسور هانس می معتقد است تنها یک مشکل وجود دارد و آن چگونگی ساخت و محل نصب مخزن سوخت است و اگر مخزن سوخت به خوبی طراحی، ساخته و نصب شود حتی در صورت تصادف اتومبیل نیز، احتمال انفجار بسیار کم است. وقتی پودر فلز مانند اسفنج از هیدروژن اشباع می‌شود با آن ترکیب شده، هنگامی که گرم شود دوباره هیدروژن را آزاد می‌کند. حتی اگر مدت زمان طولانی بگذرد و این ترکیب گرما نبیند ذره‌ای هیدروژن از مخزن خارج نمی‌شود.
قیمت اتومبیل هیدروژنی خواه سوخت مایع مصرف کند یا ترکیب هیدرید، مانند هر کالای صنعتی دیگر، بر اساس میزان تولید آن معین می‌شود. اما قیمت، مهمترین عامل تعیین کننده‌ی استقبال مردم از خرید کالاست و بالا بودن آن باعث کاهش تقاضا می‌شود.
به رغم تمام مزایا و معایبی که در مورد اتومبیل هیدروژنی ذکر شد، مانع عمده‌ای که همچنان بر سر راه «جهان هیدروژنی» وجود دارد چگونگی مصرف و استفاده از هیدروژن نیست بلکه چگونگی تولید انبوه آن است. یکی از مشکلات اساسی که در آینده نزدیک حل نخواهد شد یافتن روشی کم هزینه برای تولید هیدروژن از آب، با استفاده از انرژی الکتریکی است. به همین دلیل پیش بینی می‌شود که در آینده‌ی دور هیدروژن را با استفاده از سایر منابع انرژی نظیر انرژی خورشیدی یا نیروی باد تقریباً مجانی به دست آورد. تاکنون بیش از 9% هیدروژن مورد نیاز از منابع فسیلی تهیه شده است. نفت، گاز طبیعی و ذغال‌سنگ با بخار داغ واکنش می‌کنند و در نتیجه‌ی این واکنش هیدروژن آزاد می‌شود. حتی هیدروژن تهیه شده از واکنش گاز طبیعی و بخار داغ- ارزان‌ترین فرآیند تهیه‌ی هیدروژن با توجه به ارزش گرمایی آن، 3 برابر گران‌تر از بنزین تمام می‌شود. اما بعضی از دانشمندان چنین پنداری را سفسطه‌ای ساده لوحانه می‌دانند. پروفسور پشکا از مرکز مطالعات و نحقیقات هوافضای آلمان معتقد است که هزینه‌ها و مخارج تهیه‌ی هیدروژن به دلیل آلوده نکردن محیط زیست جبران خواهد شد و اگر حتی با قیمت کنونی هیدروژن و بنزین، هزینه‌های ناشی از مصرف بنزین نظیر مبدلهای کاتالیزوری و همچنین هزینه‌های جبران خسارات وارده به محیط زیست را به قیمت بنزین اضافه کنیم، هیدروژن ارزان‌تر از بنزین تمام می‌شود. پروفسور وینتر نظر مساعدتری دارد و معتقد است که سود حاصل از مصرف هیدروژن در آینده بیشتر خواهد بود. وی تخمین می‌زند که آلمان مجبور است تا قبل این که هیدروژن در مقیاس انبوه تولید شود، به تنهایی ممیلیاردها یورو برای واردات نفت و گاز صرف کند.
در حالی که نظرات مختلفی درباره‌ی استفاده از هیدروژن بر صنعت اتومبیل سازی حکم فرماست هم اکنون در سفرهای فضایی از هیدروژن به عنوان سوختی مناسب استفاده می‌شود و نیروی کشش بیشتر آن افزایش حجم مخزن را جبران می‌کند پس عجیب نیست اگر صنایع هواپیمایی سرگرم بررسی ایده موتورهای هیدروژنی برای وسایل نقلیه‌ی «فَراجَوی» باشند. اینها هواپیماهایی هستندکه مانند هر هواپیمای دیگر از زمین بلند شده، بر آن می‌نشینند ولی می‌توانند با سرعت بسیار بالا و در سقف پروازی بالا، نظیر موشکهای قاره‌پیما، خود را از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر برسانند. تکنولوژی هیدروژنی حتی برای وسایل نقلیه‌ی سنگین نیز چشم‌انداز جالبی دارد. چندین سال پیش شرکت راه آهن دولتی کانادا پیشنهاد کرد که منبع تأمین انرژی و سیستم نیروی محرک لوکوموتیوهای خود را از دیزلی به هیدروژنی تبدیل کند. همچنین در ژاپن نیز تلاشهای مشابهی در جریان است. با وجود تمام این پیشرفتها حتی پروفسور هانس می نیز نمی‌تواند با قاطعیت بگوید که تکنولوژی هیدروژن چه موقع به نقطه عطف خود خواهد رسید. او گفت: « هیدروژن انرژی این هزاره خواهد بود و گریزی از این نیست» و سپس با اتومبیل هیدروژنی خود به سرعت دور می‌شود.
روشهای عمده‌ی تولید صنعتی هیدروژن با توجه به تکنولوژی موجود عبارتند از:
1. واکنش بخار آب داغ با متان- با استفاده از کاتالیزور نیکل و دمای 900 درجه‌ی سلسیوس
2. واکنش بخار آب داغ با کک در دمای 1000 درجه‌ی سلسیوس
C (جامد) +H₂O (گاز) ⇢CO (گاز) +H₂ (گاز)
3. واکنش بخار آب داغ با آهن در دمای 650 درجه‌ی سلسیوس
3Fe (جامد) +4H₂O (گاز) ⇢Fe₃O₄(جامد)+4H₂(گاز)
4. کراکینگ – واکنش تجزیه و شکستن مولکولهای سنگین هیدروژن کربن در پالایشگاه، در کنار مولکولهای سبک تولید شده هیدروژن هم به عنوان فراورده‌ای فرعی تولید می‌شود.
5. الکترولیز محلول سدیم کلرید- در این واکنش که هدف آن تهیه‌ی سدیم هیدروکسید است هیدروژن به عنوان فراورده‌ای فرعی تولید می‌شود.
2Na⁺(آبی)+2CI⁻(آبی)+2H₂O ---------›2Na+(آبی)+2OH-(آبی)+H₂(گاز)+CI₂(گاز)
6. واکنش الکترولیز آب خالص – هیدروژن به دست آمده از این روش بسیار خالص و در عین حال گران‌قیمت است و برای انجام واکنش باید مقدار کمی اسید سولفوریک یا سدیم هیدروکسید به آب افزوده می‌شود.
2H₂O---------›2H₂(گاز)+O₂(گاز)
هیدروژن فراوانترین عنصر جهان است. تابش ستاره‌ها ناشی از تبدیل هیدروژن به هلیم از طریق گداخت هسته‌ای است. وقتی یک کیلوگرم هیدروژن می‌سوزد 33 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی تولید می‌شود که سه برابر انرژی حاصل از بنزین است. مصرف فعلی جهانی هیدروژن به 40 میلیون تُن می‌رسد. تقریباً نصف این مقدار صرف سنتز آمونیاک برای تولید کودهای شیمیایی می‌شود. بقیه‌ی هیدروژن نیز برای تولید متانول که ساده‌ترین نوع الکل است و برای ساخت پلاستیکها مصرف می‌شود. مصرف عمده‌ی دیگر هیدروژن در جامد کردن روغن مایع سویاست. تولید نیرو، گرما و برق از هیدروژن به آسانی ممکن است. به طور خلاصه هیدروژن سبک‌ترین عنصر طبیعت است که میلیاردها سال ماده اولیه‌ی کامل را برای اقتصاد انرژی انسان ممکن می‌سازد.
حتی آنهایی که نمی‌توانند درباره‌ی آینده‌ی دور خیال‌پردازی کنند، پذیرفته‌اند که هیدروژن جانشینی مناسب برای سوختهای فسیلی و بویژه نفت است. صنعت اتومبیل سازی، بلافاصله پس از سال 1973 که اولین بحران نفتی پدید آمد، برای دوری از آثار و عواقب زیانبار چنین پیشامدی تلاش دامنه‌داری به منظور یافتن سیستم محرک جدیدی را آغاز کرد. اتومبیلهای فردا سوخت بسیار کمتری مصرف می‌کنند و حتی بسیار کمتر از پیشرفته‌ترین اتومبیلهای امروزی، آلاینده منتشر می کنند. نتایج تلاش این شرکتها بزودی در خیابانها و جاده‌ها نمایان خواهد شد.
نوآوریهای به کار رفته در طراحی موتور این اتومبیلها تقریباًٌ هنوز در مرحله‌ی آزمون است. از سال 1973 تاکنون شرکت اتومبیل سازی دایملر- بنز بر روی هیدروژن- به عنوان منبع دوم انرژی برای سوخت اتومبیلها- تحقیق کرده است. در سال 1984 در بخش غربی شهر برلین (برلین غربی سابق) برنامه‌ای به منظور یافتن منابع جایگزین انرژی آغاز شد که نتایج مثبتی هم به همراه داشت. هم‌اکنون اتومبیلهایی در خیابانهای برلین آزمایش می‌شوند که با هیدروژن یا مخلوطی از هیدروژن و بنزین کار می‌کنند. شرکت دایملر- بنز از آلیاژ بسیار گرانقیمتی از تیتانیم، وانادیم و منگنز برای ذخیره‌سازی سوخت اتومبیل استفاده کرده است. هیدروژن گازی به وسیله‌ی پودر فلز اسفنج مانند مکیده و به صورت هیدرید ذخیره می‌شود. یک سیستم آبی خنک کننده نیز در مخزن سوخت مورد نیاز است تا گرمای ایجاد شده در هنگام انباشتن مخزن از سوخت را دفع کند. هنگامی که هیدروژن مخزن سوخت را ترک می‌کند تا وارد موتور اتومبیل شود به یک گرم کننده نیاز هست تا دمای هیدروژن را به میزان مطلوب برساند. از معایب مخزن سوخت هیدروژن، وزن زیاد (320 کیلوگرم) آن است و اتومبیلهایی که با چنین مخزن سوختی مجهز شده باشند نمی‌توانند بیش از حدود 120 تا 150 کیلومتر را بدون سوخت‌گیری مجدد طی کنند؛ همچنین به سبب حجم بسیار زیاد مخزن سوخت، که تقریباً هفت برابر مخزنی معمولی است، توانایی حمل بار اضافی را ندارد و فضای خالی در چنین اتومبیلی خیلی کمتر از اتومبیلهای مشابه بنزینی است. پر کردن مخزن سوخت هم مشکل دیگری است و همان طور که بنزین درون مخزن ریخته می‌شود نمی‌توان در مورد هیدروژن هم عمل کرد. هیدروژن پس از مخلوط شدن با هوا به سمت محفظه‌ی احتراق هدایت می‌شود و به منظور جلوگیری از پس زدن شعله وسایل ایمنی بسیاری از جمله سیستم خنک کننده به کار گرفته شده است. در این میان رقیب شرکت دایملر یعنی ب. ام. و. نیز نمی‌خواهد در جاده‌های دهه‌های آینده از رقبای خود عقب بماند و در حالی که دایملر ذخیره سازی هیدرید را ترجیح می‌دهد ب. ام. و. اساس کار را بر هیدروژن مایع گذاشته است. این شرکت هیدروژن مایع با دمای 253- درجه‌ی سلسیوس را در مخزنهای کاملاً عایق شده می‌ریزد. ولی نکته‌ی مهم حفظ چنین دمایی است زیرا در غیر این صورت هیدروژن بخار شده در فضا پراکنده می‌شود. به غیر از موارد یاد شده فرآیند احتراق در موتور هیدروژنی مشابه موتور بنزینی است. هیدروژن را که با سیستم تزریق به درون سیلندر تزریق می‌کنند در آنجا مشتعل می‌شود. البته با وجود تمام تلاشها این نتیجه حاصل شده است که اتومبیلهای بسیار گران‌قیمت هیدروژنی، با توجه به سطح کنونی تکنولوژی هیدروژن، هنوز قادر به رقابت با اتومبیلهای بنزینی و گازوئیلی نیستند.
اما به رغم این مشکلات، هیدروژن می‌تواند به عنوان سوختی برای آینده همچنان مطرح باشد و حتی اگر کارها بخوبی پیش برود این عنصر سبک و فرّار، نام « عصر هیدروژن» را با خود به ارمغان خواهد آورد. در این میان دانشمندان بسیاری دل به هیدروژن بسته‌اند. بنا به عقیده‌ی دکتر لودویگ بالکو پیشگام صنعت هواپیمایی و رئیس سابق شرکت بزرگ «مِسِراشمیت» قرن بیست و یکم عصر هیدروژن خورشیدی خواهد بود. دانشمندی که به تکنولوژی هیدروژن می‌اندیشید دکتر هانس می استاد دانشگاه کایزر اسلاوترن بود. او به همراه تعداد دیگری از دانشمندان برجسته، با حمایت مالی وزارت تحقیقات فدرال مدت 12 سال بر روی مخلوط ویژه‌ی هیدروژن و بنزین کار کرد. این گروه نیروی محرک حاصل از دو مدل موتور هیدروژنی 8 و 6 سیلندر تزریقی را بررسی کردند که در آنها، هیدروژن و بنزین را یک واحد کنترل الکترونیکی به طور همزمان به درون سیلندر تزریق می‌کرد. این قبیل موتورها آسیب بسیار کمی به محیط زیست می‌رسانند. مثلاً مقدار اکسیدهای نیتروژن – که تصور می‌رود یکی از عوامل اصلی تخریب جنگلها باشند- و همچنین گاز سمی و خطرناک مونوکسیدکربن در دود خروجی از اتومبیلهای آزمایشی حتی از سطح مجاز در قوانین سخت گیرانه‌ی آمریکا نیز بسیار پایین‌تر است.
مقدار مونوکسیدکربن و هیدروکربن‌های مصرف نشده در دود خروجی از موتور بسیار ناچیز و قابل اغماض است. همچنین مقدار اکسید نیتروژن خروجی از این موتور حداکثر 1% اکسید نیتروژن خروجی از موتورهای درونسوز معمولی است. اتومبیلهای هیدروژنی چنین مزایایی را مدیون مهمترین اصل رعایت شده در ساختمانشان هستند. هنگامی که اتومبیل هیدروژنی در راه‌بندانهای شهری یا نقطه‌ای دیگر در جا کار کند، تنها هیدروژن مصرف می‌کند و بنزین تنها زمانی به سوخت افزوده می‌شود که موتور بایستی نیروی محرک بیشتری تولید کند و اتومبیل را با سرعت بیشتری به پیش براند و به تدریج با افزوده شدن بنزین به سوخت اتومبیل می‌تواند به نیروی محرک لازم برای رسیدن به سرعتهای بالا دست یابد.
مدل طراحی شده‌ی پرفسور هانس می بسیار آرام و مطمئن کار می‌کند و آزمونها را بخوبی و با موفقیت پشت سر گذاشته است و هم اکنون می‌توان با اطمینان قدم بعدی را برداشت که گذار به مرحله‌ی استفاده از هیدروژن خالص است. در این مرحله تلاش می‌شود که هیدروژن مستقیماً به درون سیلندر تزریق شود. البته برای جلوگیری از بروز مشکل احتمالی، اضافه کردن بعضی تجهیزات ایمنی ضروری است. هدف اصلی از افزودن چنین تجهیزاتی جلوگیری از انفجار ناشی از حادثه است. چنین حوادثی ممکن است در هنگامی که موتور با حداکثر توان خود کار می‌کند رخ دهند. البته پرفسور هانس می معتقد است تنها یک مشکل وجود دارد و آن چگونگی ساخت و محل نصب مخزن سوخت است و اگر مخزن سوخت به خوبی طراحی، ساخته و نصب شود حتی در صورت تصادف اتومبیل نیز، احتمال انفجار بسیار کم است. وقتی پودر فلز مانند اسفنج از هیدروژن اشباع می‌شود با آن ترکیب شده، هنگامی که گرم شود دوباره هیدروژن را آزاد می‌کند. حتی اگر مدت زمان طولانی بگذرد و این ترکیب گرما نبیند ذره‌ای هیدروژن از مخزن خارج نمی‌شود.
قیمت اتومبیل هیدروژنی خواه سوخت مایع مصرف کند یا ترکیب هیدرید، مانند هر کالای صنعتی دیگر، بر اساس میزان تولید آن معین می‌شود. اما قیمت، مهمترین عامل تعیین کننده‌ی استقبال مردم از خرید کالاست و بالا بودن آن باعث کاهش تقاضا می‌شود.
به رغم تمام مزایا و معایبی که در مورد اتومبیل هیدروژنی ذکر شد، مانع عمده‌ای که همچنان بر سر راه «جهان هیدروژنی» وجود دارد چگونگی مصرف و استفاده از هیدروژن نیست بلکه چگونگی تولید انبوه آن است. یکی از مشکلات اساسی که در آینده نزدیک حل نخواهد شد یافتن روشی کم هزینه برای تولید هیدروژن از آب، با استفاده از انرژی الکتریکی است. به همین دلیل پیش بینی می‌شود که در آینده‌ی دور هیدروژن را با استفاده از سایر منابع انرژی نظیر انرژی خورشیدی یا نیروی باد تقریباً مجانی به دست آورد. تاکنون بیش از 9% هیدروژن مورد نیاز از منابع فسیلی تهیه شده است. نفت، گاز طبیعی و ذغال‌سنگ با بخار داغ واکنش می‌کنند و در نتیجه‌ی این واکنش هیدروژن آزاد می‌شود. حتی هیدروژن تهیه شده از واکنش گاز طبیعی و بخار داغ- ارزان‌ترین فرآیند تهیه‌ی هیدروژن با توجه به ارزش گرمایی آن، 3 برابر گران‌تر از بنزین تمام می‌شود. اما بعضی از دانشمندان چنین پنداری را سفسطه‌ای ساده لوحانه می‌دانند. پروفسور پشکا از مرکز مطالعات و نحقیقات هوافضای آلمان معتقد است که هزینه‌ها و مخارج تهیه‌ی هیدروژن به دلیل آلوده نکردن محیط زیست جبران خواهد شد و اگر حتی با قیمت کنونی هیدروژن و بنزین، هزینه‌های ناشی از مصرف بنزین نظیر مبدلهای کاتالیزوری و همچنین هزینه‌های جبران خسارات وارده به محیط زیست را به قیمت بنزین اضافه کنیم، هیدروژن ارزان‌تر از بنزین تمام می‌شود. پروفسور وینتر نظر مساعدتری دارد و معتقد است که سود حاصل از مصرف هیدروژن در آینده بیشتر خواهد بود. وی تخمین می‌زند که آلمان مجبور است تا قبل این که هیدروژن در مقیاس انبوه تولید شود، به تنهایی ممیلیاردها یورو برای واردات نفت و گاز صرف کند.
در حالی که نظرات مختلفی درباره‌ی استفاده از هیدروژن بر صنعت اتومبیل سازی حکم فرماست هم اکنون در سفرهای فضایی از هیدروژن به عنوان سوختی مناسب استفاده می‌شود و نیروی کشش بیشتر آن افزایش حجم مخزن را جبران می‌کند پس عجیب نیست اگر صنایع هواپیمایی سرگرم بررسی ایده موتورهای هیدروژنی برای وسایل نقلیه‌ی «فَراجَوی» باشند. اینها هواپیماهایی هستندکه مانند هر هواپیمای دیگر از زمین بلند شده، بر آن می‌نشینند ولی می‌توانند با سرعت بسیار بالا و در سقف پروازی بالا، نظیر موشکهای قاره‌پیما، خود را از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر برسانند. تکنولوژی هیدروژنی حتی برای وسایل نقلیه‌ی سنگین نیز چشم‌انداز جالبی دارد. چندین سال پیش شرکت راه آهن دولتی کانادا پیشنهاد کرد که منبع تأمین انرژی و سیستم نیروی محرک لوکوموتیوهای خود را از دیزلی به هیدروژنی تبدیل کند. همچنین در ژاپن نیز تلاشهای مشابهی در جریان است. با وجود تمام این پیشرفتها حتی پروفسور هانس می نیز نمی‌تواند با قاطعیت بگوید که تکنولوژی هیدروژن چه موقع به نقطه عطف خود خواهد رسید. او گفت: « هیدروژن انرژی این هزاره خواهد بود و گریزی از این نیست» و سپس با اتومبیل هیدروژنی خود به سرعت دور می‌شود.
روشهای عمده‌ی تولید صنعتی هیدروژن با توجه به تکنولوژی موجود عبارتند از:
1. واکنش بخار آب داغ با متان- با استفاده از کاتالیزور نیکل و دمای 900 درجه‌ی سلسیوس
2. واکنش بخار آب داغ با کک در دمای 1000 درجه‌ی سلسیوس
C (جامد) +H₂O (گاز) ⇢CO (گاز) +H₂ (گاز)
3. واکنش بخار آب داغ با آهن در دمای 650 درجه‌ی سلسیوس
3Fe (جامد) +4H₂O (گاز) ⇢Fe₃O₄(جامد)+4H₂(گاز)
4. کراکینگ – واکنش تجزیه و شکستن مولکولهای سنگین هیدروژن کربن در پالایشگاه، در کنار مولکولهای سبک تولید شده هیدروژن هم به عنوان فراورده‌ای فرعی تولید می‌شود.
5. الکترولیز محلول سدیم کلرید- در این واکنش که هدف آن تهیه‌ی سدیم هیدروکسید است هیدروژن به عنوان فراورده‌ای فرعی تولید می‌شود.
2Na⁺(آبی)+2CI⁻(آبی)+2H₂O ---------›2Na+(آبی)+2OH-(آبی)+H₂(گاز)+CI₂(گاز)
6. واکنش الکترولیز آب خالص – هیدروژن به دست آمده از این روش بسیار خالص و در عین حال گران‌قیمت است و برای انجام واکنش باید مقدار کمی اسید سولفوریک یا سدیم هیدروکسید به آب افزوده می‌شود.
2H₂O---------›2H₂(گاز)+O₂(گاز)
/ج
مقالات مرتبط
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}