با افزایش نگرانی‌های جهانی درباره تغییرات اقلیمی، رشد جمعیت و نیاز روزافزون به انرژی، توجه به منابع انرژی پاک بیش از پیش اهمیت یافته است. سوخت‌های فسیلی که دهه‌ها منبع اصلی انرژی بوده‌اند، موجب انتشار گسترده گازهای گلخانه‌ای و آلودگی محیط زیست شده‌اند. در این میان، هیدروژن به‌عنوان یک حامل انرژی پاک و انعطاف‌پذیر، به دلیل انتشار صفر کربن هنگام استفاده، جایگاه ویژه‌ای در مسیر گذار به انرژی‌های نو یافته است. در این مقاله از سایت پرستلی با ما همراه باشید تا شما را با سوخت هیدروژنی و روش های تولید و ذخیره سازی آن آشنا کنیم.
هیدروژن چیست؟
هیدروژن سبک‌ترین عنصر جدول تناوبی و فراوان‌ترین عنصر جهان است. این گاز بی‌رنگ، بی‌بو و غیرسمی هنگام واکنش با اکسیژن تنها آب تولید می‌کند و هیچ گاز گلخانه‌ای به‌جا نمی‌گذارد. به همین دلیل در حوزه‌هایی مانند حمل‌ونقل، صنایع شیمیایی و تولید برق از طریق پیل‌های سوختی کاربرد گسترده دارد.
اهمیت هیدروژن در آینده انرژی
هیدروژن به دلیل انتشار صفر کربن هنگام سوختن، گزینه‌ای کلیدی برای کاهش آلایندگی و دستیابی به انرژی‌های پاک محسوب می‌شود. از خودروها و قطارهای هیدروژنی گرفته تا کشتی‌ها و نیروگاه‌های پیل سوختی، هیدروژن نقش مهمی در صنایع مختلف ایفا می‌کند. این سوخت می‌تواند مکمل انرژی‌های تجدیدپذیر باشد و به ذخیره و انتقال انرژی در مقیاس وسیع کمک کند. همچنین هیدروژن قابلیت استفاده در صنایعی را دارد که کاهش کربن در آنها دشوار است؛ مانند تولید فولاد، سیمان و مواد شیمیایی.
روش‌های تولید هیدروژن
هیدروژن در طبیعت به‌صورت آزاد وجود ندارد و باید از منابع دیگر تولید شود. مهم‌ترین روش‌های تولید عبارتند از:
- هیدروژن خاکستری: تولید از گاز طبیعی از طریق فرایند ریفرمینگ بخار متان؛ روشی رایج ولی همراه با انتشار CO₂ میباشد.
- هیدروژن آبی: مشابه خاکستری اما همراه با فناوری جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) برای کاهش آلایندگی.
- هیدروژن سبز: تولید از طریق الکترولیز آب با استفاده از برق حاصل از منابع تجدیدپذیر؛ پاک‌ترین روش ولی فعلاً گران‌ترین روش نیز میباشد.
انتخاب روش تولید تأثیر مستقیم بر میزان کربن‌زدایی زنجیره تأمین هیدروژن دارد.
روش‌های ذخیره‌سازی هیدروژن
ذخیره و حمل هیدروژن به دلیل چگالی حجمی پایین در شرایط عادی چالش‌برانگیز است. سه روش اصلی ذخیره‌سازی هیدروژن وجود دارد:
۱. هیدروژن گازی فشرده
هیدروژن تحت فشار بالا (۳۵۰ یا ۷۰۰ بار) در سیلندرها یا مخازن مخصوص ذخیره می‌شود.
مزایا:
- فناوری بالغ و قابل اعتماد
- پر کردن سریع مخازن
- مناسب برای صنایع با زیرساخت موجود
چالش‌ها:
- نیاز به مخازن مقاوم و سنگین
- چگالی حجمی پایین‌تر نسبت به حالت مایع
۲. هیدروژن مایع
برای مایع کردن هیدروژن، آن را تا دمای بسیار پایین حدود ۲۵۳- درجه سانتیگراد سرد می‌کنند و در مخازن کرایوژنیک نگهداری می‌شود.
مزایا:
- چگالی حجمی بالاتر نسبت به گاز فشرده
- مناسب برای حمل‌ونقل طولانی‌مدت و ذخیره‌سازی حجیم
چالش‌ها:
- فرآیند مایع‌سازی انرژی‌بر است
- بخشی از هیدروژن ممکن است به مرور تبخیر شود(تبخیر تدریجی)
- نیاز به عایق‌کاری دقیق و ایمن
۳. هیدروژن در مواد جامد
در این روش هیدروژن در ساختارهای جامد مانند هیدریدهای فلزی، مواد متخلخل یا حامل‌های آلی مایع (LOHC) ذخیره می‌شود.
مزایا:
- ایمنی بالاتر
- پتانسیل چگالی حجمی مناسب
- حمل و نقل آسان‌تر
چالش‌ها:
- فناوری در حال توسعه است
- نیاز به شرایط خاص دما یا فشار برای آزادسازی هیدروژن
- هزینه مواد و کاتالیزورها
مقایسه روش‌های ذخیره‌سازی هیدروژن
| روش | مزایا | چالش‌ها |
| گاز فشرده | فناوری بالغ، پر کردن سریع | مخازن سنگین، چگالی حجمی پایین |
| مایع | چگالی حجمی بالا، مناسب حمل‌ونقل طولانی‌مدت | انرژی‌بر، تبخیر تدریجی |
| جامد | ایمنی بالا، چگالی حجمی مناسب | فناوری در حال توسعه، دما/فشار خاص برای آزادسازی |
نتیجه‌گیری
هیدروژن یک سوخت پاک و آینده‌دار است که می‌تواند نقش مهمی در کاهش آلایندگی و توسعه انرژی‌های نو ایفا کند. هر روش ذخیره‌سازی مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد و انتخاب بهترین روش به نوع کاربرد، زیرساخت موجود و هزینه بستگی دارد. سرمایه‌گذاری در توسعه فناوری‌های ذخیره‌سازی و حمل هیدروژن می‌تواند مسیر گذار به اقتصاد کم‌کربن را تسریع کند.
بدون دیدگاه