ذخیره سازی هیدروژن با استفاده از عصاره موز

به گزارش خبرنگار حوزه فناوری گروه علمی پزشكی باشگاه خبرنگاران جوان، قدمت استفاده از بنزین و گازوئیل و سوخت‌های فسیلی به قدمت استفاده از خودرو‌ها برمی گردد، اما با توجه به بروز آسیب‌های زیست محیطی امروزه که استفاده از سوخت‌های فسیلی عامل بسیاری از این آلودگی هاست و پیشرفت فناوری که این روز‌ها به هر عرصه‌ای رسوخ کرده شاهد تولید و ساخت سوخت‌های تجدیدپذیری هستیم که کشور ما نیز از این عرصه عقب نمانده و محققان کشور در آن ورود کرده اند. یکی از این عرصه‌ها تولید انرژی هیدروژن است.

در ادامه این گزارش به بیان توضیحاتی درباره انرژی هیدروژن و اقدامات محققان کشورمان در این عرصه می‌پردازیم.

انرژی هیدروژن چیست؟

تصور کنید که یک سوخت حرارتی آنقدر پاکیزه باشد که وقتی در اجاق خانه شما می‌سوزد نیازی به دودکش نداشته باشد. سوخت موتور یک وسیله نقلیه را در نظر بگیرید که آنقدر تمیز می‌سوزد که آب خارج شده از موتور آن قابل مصرف است. یک دستگاه ذخیره انرژی را در نظر بگیرید که آلودگی ایجاد نمی‌کند و گاز گلخانه‌ای، باران اسیدی و اثرات خورندگی شیمیایی ایجاد نکرده و هیچ دودی به صورت رد پا بر جای نمی‌گذارد، هیچگونه پسماند رادیواکتیوی ندارد و در عمل از هیچ منبع سوخت طبیعی استفاده نمی‌کند.

انرژی هیدروژن ترکیب تکنولوژیکی (فنی) انرژی‌های تجدید پذیر و هیدروژن به عنوان مکانیزم ذخیره یک منبع انرژی پاک و پایدار به حساب می‌آید پیش‌بینی می‌شود سلول سوختی در قرن ۲۱ برای نقل و انتقال انرژی مورد استفاده قرار گیرد.

امروزه، هیدروژن عمدتاً در تولید آمونیاک، پالایش نفت و ساخت متانول مورد استفاده قرار می‌گیرد. از هیدروژن در برنامه فضایی ناسا، به عنوان سوخت در سفینه‌های فضایی و در پیل‌های سوختی که گرما، برق و آب آشامیدنی برای فضانوردان تولید می‌کنند نیز استفاده می‌شود. پیل‌های سوختی ابزار‌هایی هستند که هیدروژن را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند. در آینده، می‌توان از هیدروژن به عنوان سوخت خودرو‌ها و هواپیما‌ها استفاده نموده و نیز با به‌کارگیری این عنصر، برق مصرفی خانه‌ها و ادارات را تأمین کرد.

یک ایستگاه سوخت هیدروژنی می‌تواند دقیقا مانند پمپ بنزین‌های معمولی، هیدروژن موردنیاز خود را از طریق تانکر‌های بزرگ و تریلر‌های سوخت دریافت کند، اما یک تفاوت مثبت بسیار مهم دارد؛ هرچند تولید بنزین نیازمند پالایشگاه، فناوری خاص و سرمایه‌گذاری سنگین است، تولید هیدروژن چندان سخت نیست و می‌تواند در همان محل ایستگاه از آب یا گاز طبیعی گرفته شود. از سویی دیگر هیدروژن به آسانی می‌تواند در یک پالایشگاه تولید و از طریق لوله‌کشی به ایستگاه سوخت‌گیری فرستاده شود.

به طور خلاصه سوخت هیدروژن که به آن پیل سوختی نیز گفته می‌شود، از ترکیب هیدروژن با اکسیژن محیط، برق تولید می‌کند که انرژی لازم برای پیشرانه الکتریکی خواهد بود. خودرو‌های هیدروژنی باتری‌هایی به مراتب کوچک‌تر و سبک‌تر از باتری موجود در خودرو‌های برقی و هیبریدی به همراه دارند که فقط در هنگام شتاب‌گیری وارد عمل می‌شوند. از سویی دیگر مقدار ناچیزی آب که حاصل واکنش هیدروژن و اکسیژن است نیز به عنوان ماده‌ی زائد به محیط پس داده می‌شود. در این میان تنها چالش بر سر راه همه‌گیر شدن این فناوری، تأمین هیدروژن مورد نیاز برای خودرو‌های پیل سوختی است.

استفاده از نانوشیمی سبز برای ذخیره‌سازی گاز هیدروژن

پژوهشگران دانشگاه کاشان نانوساختار‌هایی تولید کردند که می‌تواند برای ذخیره‌سازی گاز هیدروژن استفاده شود. این نانوساختار‌ها از مواد غیرسمی و دوستدار محیط‌زیست با استفاده از روشی آسان، موثر و سبز ساخته شده و پایداری مناسب داشته و به‌طور مطلوب، مفید و قابلیت استفاده در فرآیند ذخیره هیدروژن به عنوان سوخت پاک را دارا است.

در این کار تحقیقاتی با کاربرد روش‌های شیمی سبز، نانوساختار‌هایی سنتز شده‌اند که می‌توانند جهت ذخیره سازی گاز هیدروژن مورد استفاده قرار گیرند. هیدروژن به عنوان سوخت پاک می‌تواند در صنایع مختلف از جمله تأمین سوخت خودرو‌ها جایگزین سوخت‌های فسیلی شود. با توجه به دو چالش عمده آلودگی‌های محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی و کمبود این منابع انرژی در سال‌های آینده، تهیه نانوساختار‌هایی که بتوانند در زمینه تولید انرژی‌های جایگزین به‌کار روند، اهمیت زیادی یافته است. البته تولید نانوذرات به روش‌های شیمیایی نیز خود عاملی برای ایجاد آلودگی‌های زیست‌محیطی به‌شمار می‌رود. از این رو بهتر است جهت کمک به محیط‌زیست، با استفاده از روش‌های شیمی سبز به تولید نانومواد مصرفی پرکاربرد اقدام کرد. در این طرح، در بخشی از فرآیند تولید نانوساختارها، عصاره موز جایگزین مواد شیمیایی شده است.

بیشتر بخوانید: ایجاد ۲ میلیون متر مکعب فضای نوآوری در دانشگاه‌ها تا دو سال آینده

سحر زینت‌لو از محققان این پروژه درباره مزیت‌های این فناوری می‌گوید: در این طرح، نانوساختار‌های Dy ۲ Sn ۲ O ۷ با استفاده از روشی سبز تهیه و شرایط بهینه تولید آن معرفی شده است. در این فرآیند، از عصاره موز به عنوان یک سوخت جدید، برای اولین‌بار استفاده شده است. وقت‌گیر نبودن این روش، عدم نیاز به دستگاه‌های خاص و گران‌قیمت و شرایط ویژه و سخت، بازده و خلوص بالای محصول از جمله مزایای طرح مورد نظر است. از طرف دیگر نانوساختار‌های تولیدی دارای کارآیی بالا و قابل توجهی برای ذخیره هیدروژن هستند و هدف ما یافتن راهی آسان و قابل انجام برای تهیه نانوساختار‌های یک‌نواخت با اندازه مناسب و درجه تخلخل بالا و از همه مهم‌تر محصولی با کارآیی مطلوب برای استفاده در صنایع انرژی بوده است.

او درباره کاربرد‌های مهم هیدروژن گفت: بیشترین مصرف هیدروژن در صنایع نفت و پالایش گاز است. این گاز عمدتاً به عنوان یک خوراک جانبی، ماده شیمیایی حد واسط و یا حتی به عنوان یک ماده شیمیایی خاص مورداستفاده قرار می‌گیرد. همچنین در سراسر دنیا، طراحی وسایل نقلیه‌ای که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می‌کنند؛ موردمطالعه و بررسی قرار گرفته است.

زینت‌لو ضمن اشاره به این نکته که این طرح قابلیت تجاری‌سازی دارد، افزود: نتایج این پروژه قابلیت تجاری شدن دارد. هم‌اکنون طرح در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده و برای دستیابی به تولید صنعتی، یک سرمایه‌گذار برای حمایت مالی نیاز هست.

به اعتقاد او، کاهش هزینه (جهت تولید محصول)، افزایش سرعت (در فرآیند ذخیره هیدروژن) و کاهش آلودگی (حین تولید محصول با کارایی ذخیره هیدروژن به عنوان سوخت پاک) از ویژگی‌های بارز این فرآیند است.

نتایج این کار تحقیقاتی که با همکاری مریم سادات مرصعی و مسعود صلواتی نیاسری انجام شده، در Journal of Cleaner Production ۲۲۲ (۲۰۱۹) ۱۰۳-۱۱۰ به چاپ رسیده است.

در پایان این مطلب خالی از لطف نیست که بدانید هزینه رانندگی با یک خودروی هیدروژنی را با معادل بنزینی آن مقایسه کنیم. هیدروژن بر مبنای کیلوگرم در جایگاه‌ها فروخته می‌شود و امروزه در آمریکا حدودا کیلویی ۱۴ دلار قیمت دارد. یک خودرو با استاندارد مخزن سوخت H۷۰ مثل تویوتا میرای، با ۵ کیلوگرم هیدروژن پر می‌شود و به عبارت دیگر ۷۰ دلار سوخت هیدروژنی برای طی کردن ۴۵۰ کیلومتر مسافت با این خودرو کافی است. از سویی دیگر یک خودروی بنزینی معمولی با متوسط مصرف سوخت ۷ لیتر در صد کیلومتر برای این مسافت نیازمند ۳۱.۵ لیتر بنزین خواهد بود و از آنجاکه امروزه در آمریکا، بنزین حدودا لیتری ۰.۶۵ دلار قیمت دارد؛ تقریبا معادل ۲۰ دلار هزینه خواهد داشت که بیش از ۳.۵ برابر کمتر از ۷۰ دلار، معادل هیدروژنی آن برآورد می‌شود.

ممکن است استفاده گسترده از سوخت هیدروژنی در زمان کنونی عجیب به نظر برسد؛ اما این یکی از جذاب‌ترین خصوصیات فناوری است که خیلی زودتر از آنچه تصور می‌کنیم، پیرامون ما را فرا خواهد گرفت و همه‌گیر خواهد شد. شاید همین چند سال پیش فکر می‌کردیم خودرو‌های هیبریدی تا ده‌ها سال بعد تولید انبوه نمی‌شوند و تویوتا با پروژه‌ی پریوس شکست خواهد خورد یا لااقل تنها خواهد ماند؛ اما حالا مدل‌های اقتصادی و ارزان قیمت برند‌های مختلف با فناوری هیبریدی و حتی ابرخودرو‌های هیبریدی با قیمت‌های میلیون دلاری هم تولید می‌شوند؛ پس مطمئن باشید سوخت هیدروژنی از آنچه شما فکر می‌کنید به خیابان‌های جهان، نزدیک‌تر است.

انتهای پیام/