سوخت هیدروژن: منبع انرژی پاک و آینده صنایع
سوخت هیدروژن یکی از مهمترین منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر است که امروزه توجه بسیاری از کشورهای پیشرفته و شرکتهای بزرگ انرژی را به خود جلب کرده است. سوخت هیدروژن با واکنش با اکسیژن انرژی تولید میکند و تنها محصول جانبی آن آب است، بنابراین جایگزینی بسیار مناسب برای سوختهای فسیلی محسوب میشود. استفاده از سوخت هیدروژن میتواند به کاهش انتشار گازهای گلخانهای، بهبود کیفیت هوا و حفاظت از محیط زیست کمک کند.
ویژگیهای مهم سوخت هیدروژن شامل چگالی انرژی بالا، وزن سبک و توانایی ذخیرهسازی طولانیمدت است. این ویژگیها باعث شده است که سوخت هیدروژن نه تنها در سیستمهای حمل و نقل، بلکه در صنایع مختلف کاربرد گستردهای پیدا کند.
کاربردهای سوخت هیدروژن در صنایع مختلف
صنعت حمل و نقل:
سوخت هیدروژن در خودروها، اتوبوسها، کامیونها و قطارهای هیدروژنی مورد استفاده قرار میگیرد. این وسایل نقلیه با استفاده از سوخت هیدروژن بدون انتشار گازهای آلاینده حرکت میکنند و به کاهش آلودگی هوا در شهرها کمک میکنند. علاوه بر این، خودروهای هیدروژنی قادرند مسافت طولانیتری را نسبت به خودروهای برقی طی کنند، بدون نیاز به توقف طولانی برای شارژ.
صنعت نیروگاهی:
در نیروگاهها، سوخت هیدروژن به عنوان منبع تولید برق و گرمایش به کار گرفته میشود. نیروگاههای هیدروژنی با استفاده از سوخت هیدروژن میتوانند برق پایدار و بدون انتشار دیاکسید کربن تولید کنند و نقش مهمی در گذار به شبکههای انرژی پاک دارند.
صنایع شیمیایی و پتروشیمی:
سوخت هیدروژن در صنایع شیمیایی برای تولید آمونیاک، متانول و هیدروکربنهای صنعتی استفاده میشود. همچنین، سوخت هیدروژن به عنوان عامل احیا در فرآیندهای شیمیایی و تصفیه فلزات کاربرد دارد و به کاهش مصرف سوختهای فسیلی و بهبود بازده فرآیندها کمک میکند.
صنایع فضایی و هوافضا:
یکی از مهمترین کاربردهای سوخت هیدروژن در سوخت راکتها و سیستمهای فضایی است. چگالی انرژی بالا و وزن سبک سوخت هیدروژن باعث میشود تا برای پرتاب ماهوارهها و مأموریتهای فضایی گزینهای ایدهآل باشد.
صنایع دریایی و ریلی:
استفاده از سوخت هیدروژن در کشتیها و قطارهای ریلی به کاهش آلایندهها و بهبود بهرهوری انرژی کمک میکند. این کاربردها به ویژه در حملونقل سنگین و طولانیمدت که مصرف سوخت بالایی دارند، اهمیت زیادی پیدا میکند.
نقش بیولوژیکی هیدروژن
هیدروژن نه تنها به عنوان یک منبع انرژی و سوخت هیدروژن در فناوریهای نوین مطرح است، بلکه نقشهای مهمی در سیستمهای بیولوژیکی و فرآیندهای متابولیک موجودات زنده دارد. تحقیقات نشان داده است که هیدروژن میتواند به عنوان یک آنتیاکسیدان طبیعی در سلولها عمل کند و رادیکالهای آزاد مضر را خنثی کند، که این عملکرد باعث کاهش استرس اکسیداتیو و بهبود سلامت سلولی میشود.
در سطح مولکولی، هیدروژن قادر است با تنظیم مسیرهای سیگنالدهی سلولی و فعالیت آنزیمها، تعادل زیستی بدن را حفظ کند و فرآیندهای التهابی را کاهش دهد. همچنین، وجود هیدروژن در محیطهای میکروبی میتواند تأثیر مستقیمی بر رشد و عملکرد میکروارگانیسمها داشته باشد و به عملکرد سالم میکروبیوم کمک کند.
با توجه به اهمیت هیدروژن در سلولها و بافتها، توجه به منابع آن، چه از طریق مصرف مستقیم و چه به عنوان سوخت هیدروژن در سیستمهای زیستی، میتواند مسیرهای جدیدی برای بهبود سلامت و پیشگیری از بیماریها فراهم کند.
روش های تولید هیدروژن
- ریفرمینگ بخار متان (SMR)
در روش ریفرمینگ بخار متان، گاز طبیعی عمدتاً متان در دماهای بالا و در حضور بخار آب و کاتالیست به گاز سنتز تبدیل میشود. این گاز شامل هیدروژن و مونوکسیدکربن است و سپس با انجام واکنش شیفت، مقدار بیشتری هیدروژن از طریق تبدیل CO به CO₂ تولید میشود. این روش رایجترین و اقتصادیترین مسیر تولید هیدروژن در جهان است و واحدهای بزرگ صنعتی معمولاً از آن استفاده میکنند.
- ریفرمینگ اتوترمال (ATR)
در ریفرمینگ اتوترمال، بخار آب، اکسیژن و متان به صورت همزمان وارد راکتور میشوند و ترکیب واکنشهای گرمازا و گرماگیر باعث ایجاد تعادل حرارتی بسیار پایدار میگردد. این روش کنترلپذیری بالایی در ظرفیتهای بزرگ دارد و برای واحدهایی که نیاز به راندمان بالا و شرایط عملیاتی پایدار دارند انتخاب مناسبی محسوب میشود.
- اکسیداسیون جزئی (POX)
در روش اکسیداسیون جزئی، مقدار محدودی اکسیژن به متان تزریق میشود و با انجام واکنش سریع و گرمازا، گاز سنتز شامل هیدروژن و CO تولید میگردد. این روش در مقایسه با ریفرمینگ بخار راندمان پایینتری دارد اما سرعت واکنش بالاتر بوده و برای واحدهای کوچکتر یا مواقعی که فضای تجهیزاتی محدود است کاربرد دارد.
- گازیسازی زغالسنگ و زیستتوده
در این فرآیند مواد کربنی مانند زغالسنگ، چوب، پسماندهای کشاورزی یا ضایعات آلی در حضور بخار و مقدار کنترلشدهای اکسیژن به گاز سنتز تبدیل میشوند. اگرچه آلایندگی بیشتری نسبت به روشهای دیگر دارد، اما برای کشورهایی با منابع زغالسنگ ارزان اهمیت زیادی دارد. این روش امکان تولید هیدروژن از خوراکهایی غیر از گاز طبیعی را فراهم میکند.
- الکترولیز آب
در الکترولیز آب، جریان برق باعث تجزیه مولکولهای آب به هیدروژن و اکسیژن میشود. الکترولایزرها در سه نوع قلیایی، PEM و اکسید جامد طراحی میشوند. این روش زمانی اهمیت ویژه دارد که انرژی مصرفی از منابع تجدیدپذیر مثل خورشید و باد تأمین شود تا هیدروژن تولیدشده «هیدروژن سبز» لقب بگیرد. الکترولیز بهخاطر خلوص بالا و عدم تولید CO₂ یکی از پاکترین فناوریهای موجود است.
- پیرولیز متان
در پیرولیز متان، متان بدون حضور اکسیژن و در دمای بالا تجزیه شده و مستقیماً هیدروژن و کربن جامد تولید میشود. مزیت اصلی این روش عدم تولید دیاکسیدکربن است. کربن تولیدی نیز قابل فروش یا مصرف صنعتی است. با وجود مزایای زیستمحیطی، این روش هنوز در مراحل توسعه صنعتی قرار دارد و مدیریت رسوبات کربنی یکی از چالشهای آن است.
- روشهای زیستی تولید هیدروژن
در روشهای زیستی از میکروارگانیسمها برای تولید هیدروژن استفاده میشود. تخمیر تاریک، فتوتخمیر و فرآیندهای مبتنی بر جلبکها از انواع رایج آن هستند. این روشها سازگار با محیطزیستاند اما راندمان پایین و حساسیت بالایی به شرایط محیطی دارند و هنوز برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب نیستند.
- تولید هیدروژن از هیدروکربنهای سنگین
نفتا، LPG و هیدروکربنهای سنگین از طریق فرآیندهایی مانند ریفرمینگ کاتالیستی یا کراکینگ به گاز سنتز تبدیل شده و سپس هیدروژن از آن جداسازی میشود. این مسیر عمدتاً در پالایشگاهها و مجتمعهای پتروشیمی که این خوراکها در دسترس هستند مورد استفاده قرار میگیرد.
- خالصسازی هیدروژن تولیدی
در همه روشها، هیدروژن تولیدشده به صورت خام است و نیاز به خالصسازی دارد. متداولترین روش، جذب نوسانی فشار (PSA) است که گازهای ناخواسته را جذب کرده و هیدروژن با خلوص بالا تحویل میدهد. غشاهای پالادیومی و تقطیر کرایوجنیک نیز در مواردی با خلوص بسیار بالا استفاده میشوند.
مزیت های استفاده از سوخت هیدروژن
استفاده از این گاز پرکاربرد بعنوان سوخت دارای مزیت هایی است که در ادامه به آن می پردازیم:
1-واکنش پذیری بالای این گاز
2-بالا بودن چگالی نظری آن
3-می توان به میزان نامحدود از ملکول آب آن را تولید نمود پس تا زمانی که آب در دسترس باشد و با استفاده از جریان الکتریکی قادر به الکترولیز آن باشید، می توانید هیدروژن تولید کنید.
4-برای محیط زیست بی اثر است.
H2 دارای ویژگی های منحصر به فردی است و برخی از ویژگی های آن باعث شده است تا برای استفاده سوختی بیشتر مورد توجه قرار گیرد.
اولین ویژگی که سلول های سوخت هیدروژنی دارند تمیز تر و کارآمد تر بودن آن نسبت به سوخت های دیگر است.سوخت هیدروژن کاربردهای متفاوتی دارد.
ویژگیهای خاص گاز هیدروژن
ویژگی های دیگری استفاده از این گاز را افزایش می دهند مانند:
بی رنگ بودن
نافلز
بی مزه
مشتعل شونده
همانطور که می دانید این گاز سبکتربن گاز( با وزن اتمی حدودا 1 گرم بر مول) موجود در جدول تناوبی است. به دلیل واکنش پذیری بالای آن با بسیاری از عناصر، وارد واکنش شده و ایجاد ترکیب می کند.
در ترکیبات آلی و آب به وفور یافت می شود. H2 را می توان در هر مکانی که آب و انرژی وجود داشته باشد تولید نمود. همانگونه که در بالا اشاره شد اگر منبع انرژی که در الکترولیز استفاده می شود از منابع تجدید پذیر باشد به دلیل عدم وجود کربن میزان گازهای گلخانه ای کاهش می یابد.
این گاز در صنعت نیز بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. هیدروژن دارای مشخصات فنی و ویژگی هایی است که با تکیه بر آن ده ها سال است برای مصارف و اهداف گوناگون در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. سوخت هیدروژن کاربردهای متفاوتی دارد.
ز کاربرد های آن در صنایع می توان به پالایش نفت، هوافضا، تولید کود، ذوب فلزات و داروسازی اشاره نمود. از آن بعنوان یک انرژی پاک و قابل اطمینان برای آینده یاد می شود. تهیه این گاز از آب یک فناوری پایدار و تجدید پذیر به شمار می آید که توجه بسیاری از صنایع را به خود جلب نموده است. از این روش می توان گاز هیدروژن با حجم کم و درصد خلوص بالا تهیه نمود.
دانشمندان طی تحقیقاتی دریافتند که چگونه می توان از آب و نیکل و برق این گاز را تولید نمود که در مقایسه با روش های گذشته اقتصادی تر باشد. در آینده تهیه این گاز از آب یک منبع ایده آل به شمار می آید. البته در این روش نیاز به یک کاتالیزور است که معمولا از آلیاژ آهن و نیکل استفاده می کنند تا میزان تولید این گاز افزایش یابد.
استفاده از H2 بعنوان سوخت برای رانندگی آرام و بی سروصدا بسیار مفید است. به طور نسبی یک کیلوگرم هیدروژن تقریبا سه برابر بیشتر از یک کیلوگرم نفت انرژی تولید می کند بنابراین بسیار به صرفه تر است.
جهت خرید گاز هیدروژن و باقی گاز های خاص و ترکیبی میتوانید از طریق شماره های 02146837072 – 09120253891 با کارشناسان ما در ارتباط باشید
بدون دیدگاه