ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
منبع: راسخون
منبع: راسخون
با کاهش تدریجی ذخایر نفتی و افزایش خطرهای زیست محیطی، سوخت‌های جای‌گزینِ سوخت‌های فسیلی بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرند. در این میان، هیدروژن سوختی است که احتمالاً منبع اصلی نیرو در آینده خواهد بود. علت توجه روزافزون به هیدروژن به عنوان سوخت آینده، دو مشخصه‌ی کلیدی آن است. نخست این که منابع تأمین هیدروژن اساساً نامحدودند زیرا هیدروژن یکی از دو جزء اصلی تشکیل دهنده‌ی آب (خالص) است. کافی است روشی اقتصادی برای استخراج آن پیدا شود تا بشر به ذخیره‌ی تقریباً پایان‌ناپذیری از انرژی دست یابد. دوم آن که سوزاندن هیدروژن خطری برای محیط زیست در بر ندارد. حاصل احتراق این گاز، همان آب است که هیدروژن از آن گرفته می‌شود.
هم‌چنین هیدروژن ماده‌ای است که انعطاف‌پذیری زیادی را از لحاظ ذخیره و توزیع کردن انرژی فراهم می‌کند. با استفاده از سلول سوختی (که در آن بر اثر واکنشی شیمیایی بین اکسیژن و سوختی مانند گازی سوختی، مونوکسید کربن، هیدروژن، سدیم، یا الکل، انرژی شیمیایی مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود) به آسانی می‌توان هیدروژن را به الکتریسیته تبدیل کرد، و با الکترولیز (تجزیه‌ی الکتریکی) آب می‌توان الکتریسیته را دوباره به هیدروژن تبدیل کرد. با فرستادن هیدروژن از طریق خط لوله‌هایی شبیه به آن‌چه برای انتقال گاز طبیعی استفاده می‌شود می‌توان از آن به عنوان انرژی برای بردن انرژی از نیروگاه‌های بزرگ و دوردست به خانه‌ها و کارخانه‌ها استفاده کرد، همان کاری که اکنون با جریان الکتریسیته، اما با بازده کم‌تر، انجام می‌شود. ولی برخلاف الکتریسیته، هیدروژن را می‌توان در مخزن نگهداری کرد و از آن برای سوخت‌رسانی وسایل نقلیه، یا برای ذخیره کردن توان و مصرف کردن آن در هنگامی که تقاضای مصرف کنندگان به بیشترین حد می‌رسد، استفاده کرد.
برای بسیاری از مردم، کلمه‌ی هیدروژن فوراً انفجار بالون هیدروژنی هیندنبرگ را تداعی می‌کند. اما تحلیل عینی‌تر موضوع نشان می‌دهد که هیدروژن خطرناک‌تر از دیگر مواد قابل اشتعالی که به عنوان سوخت مصرف می‌شوند نیست و حتی از لحاظ ایمنی برتری‌های قابل توجهی نیز دارد. حتی این برتری را در خود حادثه‌ی انفجار هیندنبرگ نیز می‌توان مشاهده کرد. اگرچه این بالون در ارتفاع چند ده متری زمین منفجر شد اما از نود و هفت مسافر آن شصت و دو تن جان سالم به در بردند که یکی از دلایل آن بالا رفتن گاز سبک هیدروژن و درنتیجه انفجار نسبتاً مختصر آن بود. در مقایسه، سوخت جت (نوعی نفت سفید) روی قطعات و بدنه‌ی منفجر شده می‌ماند (و آن را تر می‌کند) و برای مدتی طولانی به شدت می‌سوزد و به احتمال قوی همه‌ی سرنشینان را می‌کشد. با این وصف، فاجعه‌ی هیندنبرگ کماکان مانعی است در برابر پذیرش افکار عمومی مردم.
اما از نظر عملی، از لحاظ مهندسی و از لحاظ اقتصادی، هنوز مسائل حل نشده‌ای در ارتباط با استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت وجود دارد. ده‌ها سال است که هیدروژن پژوهشگران را در برزخ یأس و امید نگه داشته است. تلاش برای استفاده از آن به عنوان سوخت هواپیما در جایی است که وزن کم آن مشخصه‌ای مفید است و این تلاش به سال‌های دهه‌ی 1950 میلادی بازمی‌گردد، زمانی که نیروی هوایی امریکا در تدارک برای ابداع نوع مافوق صوت هواپیمای جاسوسی U-2 با سوخت هیدروژن، در بمب‌افکن «کانبرا B-S7» از یک موتور با سوخت هیدروژن استفاده کرد. این پروژه متوقف شد اما نه به دلایل فنی، بلکه به سبب هزینه‌ی گزافی که مجهز کردن فرودگاه‌های سراسر دنیا به ایستگاه‌های سوخت‌گیری (هیدروژن‌گیری) در بر داشت.
طرح‌های بعدی، امکان‌پذیری استفاده از هیدروژن برای به کار انداختن هواپیماها، لوازم خانگی، اتوموبیل‌ها، و هر چیز دیگری در این بین را به روشنی نشان دادند. اما این موارد مصرف نیز به دلایلی مشابه با آن‌چه پروژه‌ی U-2 را متوقف کردند، عملی نشدند.
برای این که بتوان از این تنگنا خارج شد باید راه‌های کاراتری برای تولید هیدروژن، حمل و نقل آن، و سوزاندن آن پیدا کرد. پژوهش در این زمینه‌ها نامنظم و پراکنده بوده است. اما طی سالیان متمادی، دانش فنیِ با ارزشی در زمینه‌هایی متفاوت و ظاهراً نامربوط به دست آمده است که روی هم رفته چشم‌انداز روشن‌تری را برای سوخت هیدروژن پیش رو قرار داده‌اند. در این مورد چند مثال می‌زنیم:
پیش‌رفت‌های مداومی در زمینه‌ی هزینه و بازده پیل‌های فوتوولتاییِ سیلیسیمی (برای تبدیل انرژی نوری به انرژی الکتریکی) که می‌توانند انرژی لازم برای تجزیه‌ی الکتریکی آب به هیدروژن و اکسیژن را فراهم کنند وجود داشته است. در یکی از سال‌های گذشته یکی از طرح‌های پژوهشی گسترده در دانشگاه پرینستون به پایان رسید. یکی از نتایج این طرح این بود که پیش‌بینی می‌شود که در سالیانی نه چندان دور، تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن فرایندی اقتصادی خواهد بود.
مثال دیگر در مورد محیط‌های ذخیره کننده بر پایه‌ی کربن فوق فعال (کربن دانه‌ای شکل که مساحت آن نسبت به واحد حجم آن بسیار زیاد است و به همین سبب توانایی واکنش زیادی دارد) است که می‌تواند هفت تا هشت درصد وزنی هیدروژن را در خود نگه دارد، چیزی بیش از دو برابر سوختی که هیدریدها (به عنوان محیط ذخیره کننده) می‌توانند در هر واحد وزن خود نگه دارند. به کمک این محیط‌های ذخیره، می‌توان سیستم‌های ذخیره‌ای برای اتوموبیل‌ها ساخت که به اندازه‌ی کافی ایمن و سبک باشند.
مثال دیگر مربوط است به سلول‌های سوختی قوی‌تری که با بازده بسیار زیادی می‌توانند هیدروژن و اکسیژن را به الکتریسیته تبدیل کنند. توانایی سلول‌های فعلی در تولید انرژی (یا توان) الکتریکی، در مقایسه با سلول‌های هم‌اندازه‌ی سال‌های قبل چندین برابر شده است. نسبت توان به وزن در این سلول‌ها اکنون نزدیک به نقطه‌ای است که می‌توان از آنها برای به کار انداختن هواپیماها و هلی‌کوپترهای دورپرواز استفاده کرد.
این دستاوردها و دیگر تکنولوژی‌هایی که درحال تکامل هستند می‌توانند زیربنای اقتصادی انرژی فراگیری را بسازند که در آن هیدروژن به عنوان منبع انرژی اصلی جای‌گزین سوخت‌های فسیلی و الکتریسیته می‌شود.
طبق نتایج تحقیقاتیِ به دست آمده در دانشگاه پرینستون، با انرژی الکتریکی به دست آمده از آرایه‌ای از سلول‌های فوتوولتایی به قطر تقریباً سی‌صد و نود کیلومتر در نیومکزیکو می‌توان به قدری هیدروژن (و اکسیژن) از تجزیه‌ی الکتریکی آب به دست آورد که جواب‌گوی نیازهای سراسر امریکا به انرژی باشد. بر اساس پیش‌رفت قابل پیش‌بینی تکنولوژی فوتوولتایی، پژوهشگران محاسبه کرده‌اند که تا سالیانی دیگر، سلول‌های فوتوولتایی سیلیسیمی با بازده دوازده تا هجده درصد باید با نرخ بیست تا چهل سنت برای هر وات برق در قله‌ی مصرف در دسترس باشد. با احتساب هزینه‌های دیگر (زمین، دستگاه تجزیه‌ی الکتریکی، هزینه‌های مالی، وغیره)، رقم محاسبه شده نشانگر قیمت هیدروژن در حدود 19ر1 تا 83ر1 دلار برای به دست آوردن انرژی معادل با مصرف یک گالن بنزین است. در آلمان، جایی که قیمت بنزین گران‌تر است، کارخانه‌ی خورشیدی تولید هیدروژن ساخته شد.
زمانی که هیدروژن با قیمتی معقول تولید و عرضه شود یکی از نخستین بازارهای بزرگ آن احتمالاً حمل و نقل خواهد بود. در نواحی آلوده، تبدیل حتی بخش کوچکی از اتوموبیل‌های بنزینی به اتوموبیل‌های هیدروژنی می‌تواند مه-دود (=اسموگ) را تا حد زیادی کاهش دهد. اما در استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت اتوموبیل، مشکل بزرگی رخ می‌نماید: چگونه می‌توان مقدار کافی از آن را ذخیره و حمل کرد؟ چون نسبت انرژی هیدروژن در واحد حجم در حدود یک سوم مقدار مشابه در بنزین است، از لحاظ نظری، برای طی یک مسافت مساوی، در مقایسه با ذخیره‌ی بنزین، باید سه برابر هیدروژن با خود حمل کرد.
شاید «سیستم ذخیره‌ی سرد» که در دانشگاه سیراکیوز (در امریکا) بر روی آن تحقیق شد، راه حل مشکل پیش گفته باشد. در این سیستم، از ساختار متخلخل کربن فعال استفاده می‌شود که مساحت داخلی هر گرم آن در حدود دو هزار سانتیمتر مربع است. کربن را در دما و فشار کنترل شده در معرض مخلوط اکسیژن و نیتروژن قرار می‌دهند تا کربن کمی اکسید، یا کلسینه، شود. واکنش‌های شیمیایی این فرایند هنوز به طور کامل شناخته شده نیستند، اما کلسینه شدن اجازه می‌دهد که هیدروژن در سطوح گسترده‌ی کربن با آن ترکیب شود و مولکول‌هایی از گروه کربوکسیل (COOH) تشکیل دهد. برای تشدید این اثر، کربن را در محلول نیترات نیکل فرو می‌برند (در تولید مبدل‌های کاتالیزوری برای تصفیه‌ی دود اتوموبیل‌ها نیز از روش مشابهی استفاده می‌شود).
همان گونه که در مورد هیدریدهای جاذب و حامل هیدروژن عمل می‌شود، شارژ و تخلیه شدن ماده‌ی «سیستم ذخیره‌ی سرد» نیز با تغییر دادن دما و فشار انجام می‌شود. وقتی که فشار هیدروژن افزایش و دما کاهش داده می‌شود گاز هیدروژن در داخل کربن جذب می‌شود. بر اثر افزایش دما و کاهش فشار، هیدروژن، آزاد (و وارد دستگاه سوخت رسانی اتوموبیل) می‌شود.
همراه با تکامل تکنولوژی مصرف سوخت هیدروژن در اتوموبیل‌ها، استفاده از این گاز سبک در هواپیماها نیز مورد توجه فزاینده‌ای قرار گرفت. بسیاری از دست اندرکاران معتقدند که این زمینه‌ی مصرف هیدروژن، بالقوه مهم‌ترین کاربرد درازمدت و استراتژیک هیدروژن است.
اگرچه در موتورهای درون‌سوزِ اصلاح شده هیدروژن را می‌توان مثل بنزین مصرف کرد اما از هیدروژن به گونه‌ای دیگر نیز می‌توان استفاده کرد که بازده بهتری هم دارد. اگر از هیدروژن در موتوری الکتریکی استفاده شود که با الکتریسیته‌ی حاصل از سلول سوختی کار می‌کند این کار می‌تواند نیروی محرکی فراهم آورد که بازده تولید آن بیشتر از پنجاه درصد است. در حال حاضر، پس از سال‌ها پژوهش و اصلاح سیستم‌ها، بازده موتورهای درون‌سوز اتوموبیل‌ها هنوز تقریباً بیست درصد است.
سلول‌های سوختی، هیدروژن و اکسیژن را به الکتریسیته و آب تبدیل می‌کنند درست برعکس فرایند الکتریکی (الکترولیز) که در آن آب به هیدروژن (و اکسیژن) تبدیل می‌شود. مانند باتری‌های ذخیره‌ی معمولی، سلول‌های سوختی متشکل از چندین از چندین ردیف الکترود هستند که در لابه‌لای آنها محلول الکترولیت وجود دارد. هیدروژن و اکسیژن از طریق حفره‌ها یا لوله‌های مویین ایجاد شده در الکترودها (البته یکی در میان) به داخل سلول فرستاده می‌شوند. یون‌های هیدروژن تولید شده در واکنش‌های انجام شده روی یک الکترود، از طریق الکترولیت عبور می‌کنند و با اتم‌های اکسیژن روی الکترود دیگر ترکیب می‌شوند. حاصل کار جریانی الکتریکی است که از سلول گرفته می‌شود.
این فرایند را می‌توان با بازده نود درصد انجام داد، اما تا همین اواخر، سلول‌های سوختی آن‌قدر بزرگ بودند که استفاده از آنها فقط در وسایل نقلیه‌ی بزرگ و دستگاه‌های ثابت عملی بود. اما طی سالیان اخیر، طرح‌های پیش‌رفته‌تر و الکترولیت پلیمری جامد جدیدی که شرکت شیمیایی «دو» (Dow) ساخت، افزایش چگالی انرژی تولید سلول تا حداقل چهار برابر را ممکن ساخت.
یک شرکت امریکایی دیگر از الکترولیت جدید در سلول‌های سوختی تولیدی‌اش استفاده کرد و به توان پنج هزار آمپر بر فوت مربع (هر فوت مربع=نُه‌صد سانتیمتر مربع) دست یافت. به این ترتیب، در حالی که سلول‌های سوختی قبلاً برای استفاده در اتوبوس‌ها بسیار بزرگ بودند، سلول‌های سوختی جدیدتری که در آنها از الکترولیت پلیمری جامد استفاده می‌شود به قدری سبک و پرقدرت‌اند که برای پیش راندن هواپیما می‌توان از آنها سود برد. برتری دیگر سلول‌های سوختی این است که می‌توانند با متانول (الکل متیلیک) کار کنند. متانول، سوختی است که در شبکه‌های کنونی توزیع بنزین نیز می‌توان آن را توزیع کرد. این انعطاف‌پذیری، دلیل دیگری است در جهت تأیید انتقال از بنزین به هیدروژن.
انتقال از سوخت‌های فسیلی به هیدروژن به احتمال قوی بر اساس الگویی خواهد بود که پیش از این بارها مطرح شده است. به گفته‌ی یکی از استادان سابق بخش مهندسی مکانیک دانشگاه تورنتو، این که در نهایت کدام سوخت در یک کاربرد معین به کار برده خواهد شد به کیفیت تکنولوژی استفاده کننده از آن بستگی دارد نه به مزایای ذاتی خود سوخت. به عنوان مثال، در انتقال از لوکوموتیوهای بخاری به دیزل پس از جنگ جهانی دوم، فایق آمدن سوخت دیزل بر زغال سنگ نه به دلیل ارزانی یا سهولت دست‌یابی به آن، بلکه بدان سبب بود که لوکوموتیوهای الکتریکی دیزلی ابداع شدند که بهتر از لوکوموتیوهای بخاری بودند.
آن‌چه هم‌اکنون درحال وقوع است تغییری در تکنولوژی است شبیه به آن‌چه در زمان ورود لوکوموتیو دیزل رخ داد. امروز نیز مانند آن موقع، انتقال طی چند دهه صورت خواهد گرفت. تجهیزات و ساختارهای جدید باید ساخته شوند. اما پیش‌رفت‌های انجام گرفته در چندین سال گذشته، نبرد تکنولوژی هیدروژن و تکنولوژی سوخت فسیلی را به آرامی وارد مراحل تازه و حساسی می‌کند.
اگرچه سوخت‌های جای‌گزین بنزین، مانند متانول، به علت قابلیت کاهش دادن انتشار مواد آلاینده مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند، اما هنوز چیزی پیدا نشده است که بتواند آلودگی ناشی از اتوموبیل‌ها را به طور کامل از بین ببرد؛ هیچ چیز به جز هیدروژن. در حال حاضر تعداد زیادی اتوموبیل هیدروژن‌سوز در کشورهای مختلف دنیا در رفت و آمدند که نمایشگر رهیافت‌های گوناگون در مورد مسائل مهندسی مرتبط با مصرف هیدروژن هستند. آلمانی‌ها به سبب مسائل حاد آلودگی و نگرانی‌های مربوط به مصرف انرژی، پیش‌رفته‌ترین اتوموبیل‌های هیدروژن‌سوز را تولید کرده‌اند. شرکت ب. ام. و. استفاده از هیدروژن مایع ذخیره شده در مخزن‌های خلأ با عایق‌کاری عالی را در مرکز توجه خود قرار داد. سیستم هیدروژن مایع اگرچه پیچیده و گران‌قیمت است اما بهینه گزینه‌ی کنونی از لحاظ دو عامل وزنِ کم و بُرد زیاد است. اتوموبیل هیدروژن‌سوز ساخت ب. ام. و. پیش‌رفته‌ترین از این نوع است. در این اتوموبیل، هیدروژن به صورت چگالیده‌ی مایع ذخیره می‌شود تا فاصله‌ی دوباره‌ی سوخت‌گیری زیادتر باشد. شرکت مرسدس بنز از مواد هیدرید فلزی ذخیره کننده‌ی هیدروژن استفاده کرده است که ایمنی کامل دارند اما باید وزن زیادی از آنها را به کار برد تا بتوان مقدار زیادی سوخت را ذخیره کرد.
هم‌چنین هیدروژن ماده‌ای است که انعطاف‌پذیری زیادی را از لحاظ ذخیره و توزیع کردن انرژی فراهم می‌کند. با استفاده از سلول سوختی (که در آن بر اثر واکنشی شیمیایی بین اکسیژن و سوختی مانند گازی سوختی، مونوکسید کربن، هیدروژن، سدیم، یا الکل، انرژی شیمیایی مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود) به آسانی می‌توان هیدروژن را به الکتریسیته تبدیل کرد، و با الکترولیز (تجزیه‌ی الکتریکی) آب می‌توان الکتریسیته را دوباره به هیدروژن تبدیل کرد. با فرستادن هیدروژن از طریق خط لوله‌هایی شبیه به آن‌چه برای انتقال گاز طبیعی استفاده می‌شود می‌توان از آن به عنوان انرژی برای بردن انرژی از نیروگاه‌های بزرگ و دوردست به خانه‌ها و کارخانه‌ها استفاده کرد، همان کاری که اکنون با جریان الکتریسیته، اما با بازده کم‌تر، انجام می‌شود. ولی برخلاف الکتریسیته، هیدروژن را می‌توان در مخزن نگهداری کرد و از آن برای سوخت‌رسانی وسایل نقلیه، یا برای ذخیره کردن توان و مصرف کردن آن در هنگامی که تقاضای مصرف کنندگان به بیشترین حد می‌رسد، استفاده کرد.
برای بسیاری از مردم، کلمه‌ی هیدروژن فوراً انفجار بالون هیدروژنی هیندنبرگ را تداعی می‌کند. اما تحلیل عینی‌تر موضوع نشان می‌دهد که هیدروژن خطرناک‌تر از دیگر مواد قابل اشتعالی که به عنوان سوخت مصرف می‌شوند نیست و حتی از لحاظ ایمنی برتری‌های قابل توجهی نیز دارد. حتی این برتری را در خود حادثه‌ی انفجار هیندنبرگ نیز می‌توان مشاهده کرد. اگرچه این بالون در ارتفاع چند ده متری زمین منفجر شد اما از نود و هفت مسافر آن شصت و دو تن جان سالم به در بردند که یکی از دلایل آن بالا رفتن گاز سبک هیدروژن و درنتیجه انفجار نسبتاً مختصر آن بود. در مقایسه، سوخت جت (نوعی نفت سفید) روی قطعات و بدنه‌ی منفجر شده می‌ماند (و آن را تر می‌کند) و برای مدتی طولانی به شدت می‌سوزد و به احتمال قوی همه‌ی سرنشینان را می‌کشد. با این وصف، فاجعه‌ی هیندنبرگ کماکان مانعی است در برابر پذیرش افکار عمومی مردم.
طرح‌های بعدی، امکان‌پذیری استفاده از هیدروژن برای به کار انداختن هواپیماها، لوازم خانگی، اتوموبیل‌ها، و هر چیز دیگری در این بین را به روشنی نشان دادند. اما این موارد مصرف نیز به دلایلی مشابه با آن‌چه پروژه‌ی U-2 را متوقف کردند، عملی نشدند.
برای این که بتوان از این تنگنا خارج شد باید راه‌های کاراتری برای تولید هیدروژن، حمل و نقل آن، و سوزاندن آن پیدا کرد. پژوهش در این زمینه‌ها نامنظم و پراکنده بوده است. اما طی سالیان متمادی، دانش فنیِ با ارزشی در زمینه‌هایی متفاوت و ظاهراً نامربوط به دست آمده است که روی هم رفته چشم‌انداز روشن‌تری را برای سوخت هیدروژن پیش رو قرار داده‌اند. در این مورد چند مثال می‌زنیم:
پیش‌رفت‌های مداومی در زمینه‌ی هزینه و بازده پیل‌های فوتوولتاییِ سیلیسیمی (برای تبدیل انرژی نوری به انرژی الکتریکی) که می‌توانند انرژی لازم برای تجزیه‌ی الکتریکی آب به هیدروژن و اکسیژن را فراهم کنند وجود داشته است. در یکی از سال‌های گذشته یکی از طرح‌های پژوهشی گسترده در دانشگاه پرینستون به پایان رسید. یکی از نتایج این طرح این بود که پیش‌بینی می‌شود که در سالیانی نه چندان دور، تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن فرایندی اقتصادی خواهد بود.
مثال دیگر در مورد محیط‌های ذخیره کننده بر پایه‌ی کربن فوق فعال (کربن دانه‌ای شکل که مساحت آن نسبت به واحد حجم آن بسیار زیاد است و به همین سبب توانایی واکنش زیادی دارد) است که می‌تواند هفت تا هشت درصد وزنی هیدروژن را در خود نگه دارد، چیزی بیش از دو برابر سوختی که هیدریدها (به عنوان محیط ذخیره کننده) می‌توانند در هر واحد وزن خود نگه دارند. به کمک این محیط‌های ذخیره، می‌توان سیستم‌های ذخیره‌ای برای اتوموبیل‌ها ساخت که به اندازه‌ی کافی ایمن و سبک باشند.
مثال دیگر مربوط است به سلول‌های سوختی قوی‌تری که با بازده بسیار زیادی می‌توانند هیدروژن و اکسیژن را به الکتریسیته تبدیل کنند. توانایی سلول‌های فعلی در تولید انرژی (یا توان) الکتریکی، در مقایسه با سلول‌های هم‌اندازه‌ی سال‌های قبل چندین برابر شده است. نسبت توان به وزن در این سلول‌ها اکنون نزدیک به نقطه‌ای است که می‌توان از آنها برای به کار انداختن هواپیماها و هلی‌کوپترهای دورپرواز استفاده کرد.
این دستاوردها و دیگر تکنولوژی‌هایی که درحال تکامل هستند می‌توانند زیربنای اقتصادی انرژی فراگیری را بسازند که در آن هیدروژن به عنوان منبع انرژی اصلی جای‌گزین سوخت‌های فسیلی و الکتریسیته می‌شود.
طبق نتایج تحقیقاتیِ به دست آمده در دانشگاه پرینستون، با انرژی الکتریکی به دست آمده از آرایه‌ای از سلول‌های فوتوولتایی به قطر تقریباً سی‌صد و نود کیلومتر در نیومکزیکو می‌توان به قدری هیدروژن (و اکسیژن) از تجزیه‌ی الکتریکی آب به دست آورد که جواب‌گوی نیازهای سراسر امریکا به انرژی باشد. بر اساس پیش‌رفت قابل پیش‌بینی تکنولوژی فوتوولتایی، پژوهشگران محاسبه کرده‌اند که تا سالیانی دیگر، سلول‌های فوتوولتایی سیلیسیمی با بازده دوازده تا هجده درصد باید با نرخ بیست تا چهل سنت برای هر وات برق در قله‌ی مصرف در دسترس باشد. با احتساب هزینه‌های دیگر (زمین، دستگاه تجزیه‌ی الکتریکی، هزینه‌های مالی، وغیره)، رقم محاسبه شده نشانگر قیمت هیدروژن در حدود 19ر1 تا 83ر1 دلار برای به دست آوردن انرژی معادل با مصرف یک گالن بنزین است. در آلمان، جایی که قیمت بنزین گران‌تر است، کارخانه‌ی خورشیدی تولید هیدروژن ساخته شد.
شاید «سیستم ذخیره‌ی سرد» که در دانشگاه سیراکیوز (در امریکا) بر روی آن تحقیق شد، راه حل مشکل پیش گفته باشد. در این سیستم، از ساختار متخلخل کربن فعال استفاده می‌شود که مساحت داخلی هر گرم آن در حدود دو هزار سانتیمتر مربع است. کربن را در دما و فشار کنترل شده در معرض مخلوط اکسیژن و نیتروژن قرار می‌دهند تا کربن کمی اکسید، یا کلسینه، شود. واکنش‌های شیمیایی این فرایند هنوز به طور کامل شناخته شده نیستند، اما کلسینه شدن اجازه می‌دهد که هیدروژن در سطوح گسترده‌ی کربن با آن ترکیب شود و مولکول‌هایی از گروه کربوکسیل (COOH) تشکیل دهد. برای تشدید این اثر، کربن را در محلول نیترات نیکل فرو می‌برند (در تولید مبدل‌های کاتالیزوری برای تصفیه‌ی دود اتوموبیل‌ها نیز از روش مشابهی استفاده می‌شود).
همان گونه که در مورد هیدریدهای جاذب و حامل هیدروژن عمل می‌شود، شارژ و تخلیه شدن ماده‌ی «سیستم ذخیره‌ی سرد» نیز با تغییر دادن دما و فشار انجام می‌شود. وقتی که فشار هیدروژن افزایش و دما کاهش داده می‌شود گاز هیدروژن در داخل کربن جذب می‌شود. بر اثر افزایش دما و کاهش فشار، هیدروژن، آزاد (و وارد دستگاه سوخت رسانی اتوموبیل) می‌شود.
همراه با تکامل تکنولوژی مصرف سوخت هیدروژن در اتوموبیل‌ها، استفاده از این گاز سبک در هواپیماها نیز مورد توجه فزاینده‌ای قرار گرفت. بسیاری از دست اندرکاران معتقدند که این زمینه‌ی مصرف هیدروژن، بالقوه مهم‌ترین کاربرد درازمدت و استراتژیک هیدروژن است.
اگرچه در موتورهای درون‌سوزِ اصلاح شده هیدروژن را می‌توان مثل بنزین مصرف کرد اما از هیدروژن به گونه‌ای دیگر نیز می‌توان استفاده کرد که بازده بهتری هم دارد. اگر از هیدروژن در موتوری الکتریکی استفاده شود که با الکتریسیته‌ی حاصل از سلول سوختی کار می‌کند این کار می‌تواند نیروی محرکی فراهم آورد که بازده تولید آن بیشتر از پنجاه درصد است. در حال حاضر، پس از سال‌ها پژوهش و اصلاح سیستم‌ها، بازده موتورهای درون‌سوز اتوموبیل‌ها هنوز تقریباً بیست درصد است.
سلول‌های سوختی، هیدروژن و اکسیژن را به الکتریسیته و آب تبدیل می‌کنند درست برعکس فرایند الکتریکی (الکترولیز) که در آن آب به هیدروژن (و اکسیژن) تبدیل می‌شود. مانند باتری‌های ذخیره‌ی معمولی، سلول‌های سوختی متشکل از چندین از چندین ردیف الکترود هستند که در لابه‌لای آنها محلول الکترولیت وجود دارد. هیدروژن و اکسیژن از طریق حفره‌ها یا لوله‌های مویین ایجاد شده در الکترودها (البته یکی در میان) به داخل سلول فرستاده می‌شوند. یون‌های هیدروژن تولید شده در واکنش‌های انجام شده روی یک الکترود، از طریق الکترولیت عبور می‌کنند و با اتم‌های اکسیژن روی الکترود دیگر ترکیب می‌شوند. حاصل کار جریانی الکتریکی است که از سلول گرفته می‌شود.
این فرایند را می‌توان با بازده نود درصد انجام داد، اما تا همین اواخر، سلول‌های سوختی آن‌قدر بزرگ بودند که استفاده از آنها فقط در وسایل نقلیه‌ی بزرگ و دستگاه‌های ثابت عملی بود. اما طی سالیان اخیر، طرح‌های پیش‌رفته‌تر و الکترولیت پلیمری جامد جدیدی که شرکت شیمیایی «دو» (Dow) ساخت، افزایش چگالی انرژی تولید سلول تا حداقل چهار برابر را ممکن ساخت.
یک شرکت امریکایی دیگر از الکترولیت جدید در سلول‌های سوختی تولیدی‌اش استفاده کرد و به توان پنج هزار آمپر بر فوت مربع (هر فوت مربع=نُه‌صد سانتیمتر مربع) دست یافت. به این ترتیب، در حالی که سلول‌های سوختی قبلاً برای استفاده در اتوبوس‌ها بسیار بزرگ بودند، سلول‌های سوختی جدیدتری که در آنها از الکترولیت پلیمری جامد استفاده می‌شود به قدری سبک و پرقدرت‌اند که برای پیش راندن هواپیما می‌توان از آنها سود برد. برتری دیگر سلول‌های سوختی این است که می‌توانند با متانول (الکل متیلیک) کار کنند. متانول، سوختی است که در شبکه‌های کنونی توزیع بنزین نیز می‌توان آن را توزیع کرد. این انعطاف‌پذیری، دلیل دیگری است در جهت تأیید انتقال از بنزین به هیدروژن.
انتقال از سوخت‌های فسیلی به هیدروژن به احتمال قوی بر اساس الگویی خواهد بود که پیش از این بارها مطرح شده است. به گفته‌ی یکی از استادان سابق بخش مهندسی مکانیک دانشگاه تورنتو، این که در نهایت کدام سوخت در یک کاربرد معین به کار برده خواهد شد به کیفیت تکنولوژی استفاده کننده از آن بستگی دارد نه به مزایای ذاتی خود سوخت. به عنوان مثال، در انتقال از لوکوموتیوهای بخاری به دیزل پس از جنگ جهانی دوم، فایق آمدن سوخت دیزل بر زغال سنگ نه به دلیل ارزانی یا سهولت دست‌یابی به آن، بلکه بدان سبب بود که لوکوموتیوهای الکتریکی دیزلی ابداع شدند که بهتر از لوکوموتیوهای بخاری بودند.
آن‌چه هم‌اکنون درحال وقوع است تغییری در تکنولوژی است شبیه به آن‌چه در زمان ورود لوکوموتیو دیزل رخ داد. امروز نیز مانند آن موقع، انتقال طی چند دهه صورت خواهد گرفت. تجهیزات و ساختارهای جدید باید ساخته شوند. اما پیش‌رفت‌های انجام گرفته در چندین سال گذشته، نبرد تکنولوژی هیدروژن و تکنولوژی سوخت فسیلی را به آرامی وارد مراحل تازه و حساسی می‌کند.
.jpg "شخصیت معنوى امام خمینی (رحمه الله)")
