هیدروژن سوخت آینده

استفاده گسترده از انرژی های تجدید پذیر و پاک آرزویی است که به خاطر محدودیت های فنی موجود تا به امروز قابل دستیابی نبوده است. استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر مثل انرژی باد و انرژی خورشیدی همیشه به صرفه و قابل اتکا نیست. حتی از نظر تولید کربن و آلاینده ها نیز این روش ها کاملا پاک نیستند. همیشه استفاده از سوخت های فسیلی به صرفه تر و راحت تر بوده است. و زیرساخت عظیم ایجاد شده برای سوخت های فسیلی از تاسیسات استخراج و بهره برداری گرفته تا خطوط انتقال، نفت کش ها و پالایشگاه ها چیزی نیست که هیچ تکنولوژی جدید بتواند با آن مقابله کند.

ولی شاید پازل انرژی های تجدیدپذیر یک قطعه گمشده داشته است. استفاده از هیدروژن چه به صورت پیل و چه به صورت احتراق آن ما را به رویای انرژی پاک می تواند نزدیک کند. اما این کارچگونه ممکن است؟ هیدروژن چطور در کنار توربین های بادی وسلول های خورشیدی می تواند انرژی تجدید پذیر و پایدار را برای ما به ارمغان بیاورد؟

منابع کنونی انرژی

نمودار زیر سهم استفاده از منابع انرژی در جهان را نشان می دهد. که در این نمودار نفت بیشترین سهم را دارد. و انرژی های هسته ای و تجدید پذیر کمترین سهم را دارند.

حذف کربن

بسیاری از کشورها در تلاش هستند تا بتوانند تا سال ۲۰۵۰ میزان انتشار کربن در صنعت انرژی را به صفر برسانند. یا کاهش دهند بعضی از کشور ها توسعه انرژی خورشیدی و بادی را در برنامه ی خود دارند. اما این استراتژی چند اشکال اساسی دارد. این اشکالات معمولا گفته نمی شود. اول، شبکه های برق کنونی ظرفیت لازم برای ورود مقادیر زیاد انرژی تجدید پذیر برای جایگزینی با نیروگاه های فسیلی را ندارند. دوم اینکه نیروگاه های پشتیبان برای زمان های تاریکی یا بدون باد باید وجود داشته باشد.

هیدروژن چیست؟

هیدروژن ساده ترین عنصر شناخته شده در جهان است. اتم هیدروژن تنها یک پروتون و یک الکترون دارد. هیدروژن سبک ترین عنصر در جهان است. هیدروژن گازی بی رنگ ، بی بو و بی مزه است. عنصر هیدروژن ۷۵ درصد جهان هستی را شکل می دهد. عنصر هیدروژن با بیشتر عنصرها می تواند ترکیب شود و می توان آن را در آب ، تمامی ترکیب‌ های آلی و موجودات زنده پیدا کرد. گاز هیدروژن را امروزه می توان از تجزیه آب یا از گاز طبیعی به دست آورد. هیدروژن در صنعت و زندگی به صورت ترکیبات گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد.

همجوشی هیدروژن

هم جوشی هسته ای واکنشی است که در آن دو اتم هیدروژن با یکدیگر واکنش هسته ای داده و ضمن تبدیل شدن به هلیوم انرژی زیادی آزاد می کنند. چیزی که باعث می شود رسیدن به فناوری همجوشی مشکل باشد، عدم علاقه ی هسته اتم ها به جوش خوردن با یکدیگر است.

هسته اتم هیدروژن دارای یک پروتون است. و بنابراین بار الکتریکی مثبت دارد. وقتی می خواهیم یک هسته اتم هیدروژن دیگر را به آن جوش بدهیم، به دلیل اینکه هر دو دارای بار مثبت هستند، در برابر جوش خوردن مقاومت می کنند. تنها راه این است که به زور این کار را انجام دهیم. اگر پلاسمایی با دمای بسیار بالا داشته باشیم، و آنقدر دمای اتم ها را بالا ببریم که به پلاسما تبدیل شوند هسته ها چنان محکم به یکدیگر برخورد می کنند که به یکدیگر جوش می خورند. برای انجام این فرایند، به دما و فشار خیلی زیادی احتیاج است.

مشکلات همجوشی هیدروژن

مشکل اینجاست که ما بر روی زمین باید شرایط قسمت مرکزی خورشید را بازسازی کنیم. خورشیدی که جرم آن ۳۳۰ هزار برابر زمین است. دمای مرکز آن به۱۷ میلیون درجه سانتیگراد می رسد. مشکل نخست این است که بر روی زمین به اندازه خورشید سوخت هیدروژن دراختیار نداریم. باید دما را به ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد برسانیم. مشکل دوم که ماده در شکل پلاسما رفتارهای عجیب از خود نشان می دهد. پلاسما شکل چهارم ماده است. نه مایع، نه جامد و نه گاز. وقتی پلاسما را در دما و فشار خیلی زیاد قرار می دهیم، به شدت ناپایدار می شود. برای کنترل شرایط ناپایدار آن نیز از تجهیزات معمولی نمی توان استفاده کرد. به نوعی باید بر روی زمین یک ستاره ساخت. این کار به قدری چالش برانگیز است که بشر برای رسیدن به آن، باید پیچیده ترین فناوری تاریخ را بسازد.

ترکیب با اکسیژن

واکنش هیدروژن با اکسیژن یکی از بهترین راه های استفاده از هیدروژن به عنوان منبع انرژی است. این واکنش آلایندگی زیست محیطی ندارد. و تنها ماده ی تولید شده از این واکنش آب می باشد. این واکنش انرژی بسیاری آزاد می کند. موشک ها را نیز با استفاده از انرژی این نوع واکنش به فضا می فرستند. این واکنش قابل مهار است. و هزینه کمتری نسبت به سوختن مستقیم هیدروژن دارد.

مدل انرژی هیدروژنی

مدل انرژی هیدروژنی شیوه ی جدید در تولید و مصرف انرژی است. در این روش برق مورد نیاز صنایع و خانه ها را می توان با استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند باد و خورشید تامین کرد. می توان از برق تولید شده ی اضافه برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده کرد. و در زمان های بدون باد و تاریکی با استفاده از انرژی ترکیب هیدروژن با اکسیژن برق تولید کرده و آن را وارد مدار برق کشور یا شهر نمود. همچنین در این مدل از خود هیدروژن یا سلول سوختی به عنوان سوخت خودروها و وسایل نقلیه می توان استفاده کرد.

سلول سوختی هیدروژن و اکسیژن را برای تولید برق، گرما و آب ترکیب می کند. سلول های سوختی را اغلب با باتری مقایسه می کنند. هر دو انرژی تولید شده توسط یک واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی قابل استفاده تبدیل می کنند. با این حال، پیل سوختی تا زمانی که سوخت (هیدروژن) تأمین شود ، برق تولید می کند. سلول سوختی هرگز شارژ خود را از دست نمی دهد. پیل های سوختی یک فناوری امیدوار کننده برای استفاده به عنوان منبع گرما و برق برای ساختمان ها و به عنوان یک منبع قدرت الکتریکی برای موتور های الکتریکی است. که وسایل نقلیه را پیش می برد. سلول های سوختی با هیدروژن خالص بهترین عملکرد را دارند.

آینده هیدروژن

اگر چه ما در این مقاله سعی کردیم تا مدل انرژی هیدروژنی و راه های استفاده از انرژی هیدروژنی را توضیح دهیم. اما باید توجه داشت که بشر هنوز تا انجام این کا فاصله دارد. اما بعضی از کشورها مانند آلمان اکنون به فکر استفاده از هیدروژن افتاده اند. مثلا یکی از شرکت های انرژی در آلمان ۳۰ درصد هیدروژن را با گاز شهری مخلوط می کند. تا گاز احتراق کامل تری پیدا کند.

یکی دیگر از مشکلات بالا بودن هزینه تهیه هیدروژن نسبت به بنزین است. اگر بتوانیم قیمت هیدروژن را از ۴ دلار در کیلوگرم به ۲ دلار برسانیم; آن موقع توانستیم هزینه ها را کاهش دهیم. مسئله ی بعدی احداث زیرساخت های جدید برای جایگزنی هیدروژن با سوخت های فسیلی است. که بعضی کشور ها در این زمینه گام های مثبت و موثری برداشته اند. در ختم کلام باید گفت که سوخت های فسیلی محیط را آلوده می کنند. منابع آنها به زودی تمام می شود. بنابرین گام برداشتن در زمینه انرژی های نو و انرژی هیدروژنی ضروری است.