منو
 کاربر Online
654 کاربر online

هیدروژن خورشیدی ، یک منبع انرژی پایدار

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک نوین > انرژی
(cached)

مقدمه

ترکیب تکنولوژیکی (فنی) انرژیهای تجدید پذیر و هیدروژن به عنوان مکانیزم (ساز و کار) ذخیره یک منبع انرژی پاک و پایدار به حساب می‌آید. پیش بینی می‌شود سلول سوختی در قرن بیست و یکم برای نقل و انتقال انرژی مورد استفاده قرار گیرد. 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 گار گلخانه‌ای ، باران اسیدی و اثرات خورندگی شیمیایی ایجاد نکرده و هیچ دودی بصورت رد پا بر جای نمی‌گذارد، هیچگونه پسماند رادیواکتیوی ندارد و در عمل از هیچ منبع سوخت طبیعی استفاده نمی‌کند.



img/daneshnameh_up/3/3f/pill_s.gif




فناوری امروزی در جامعه نوین ما ، روی هیدروژن خورشیدی سرمایه گذاری می‌کند. در یک مجموعه هیدروژن خورشیدی ، گاز هیدروژن از طریق بیوگاز و از تجزیه آب با استفاده از الکتریسیته ، (از طریق فتوولتایی ، کلکتورهای (منبع) خورشیدی ، ژنراتورهای بادی) تولید می‌شود. سپس هیدروژن ، به جای گاز طبیعی ، برای به راه انداختن خودرو ما ، برای مصارف خانگی و ادرای و کارخانه‌ای مورد استفاده قرار گرفته و از سوختن آن آب تولید می‌شود. اما در تولید هیدروژن چه مشکلاتی وجود دارد؟ چرا از الکتریسیته تولید شده توسط ژنراتورهای بادی و یا فتوولتایی نمی‌توان مستقیما استفاده کرد؟

محدودیت انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی می‌تواند برای تولید الکتریسیته در موارد استفاده آنی و جایگزین با سوختهای فسیلی و انرژی هسته‌ای مورد بهره برداری قرار گیرد. اما این الکتریسیته تولید شده دارای سه محدودیت است. اول این که فتوولتایی و باد همیشه در دسترس نیستند. دیگر اینکه الکتریسیته نمی‌تواند در شب هم تولید شود و نکته آخر این است که الکتریسیته خورشیدی نمی‌تواند بطور مؤثر وسایل نقلیه موتوری را به حرکت در آورد.

ذخیره انرژی

مادامی که انرژی خو.رشیدی برای تولید کسری از کل منبع الکتریسیته مورد نیاز ما استفاده می‌شود، چندین مزیت برای تبدیل الکتریسیته خورشیدی به هیدروژن برای مصارف غیر حمل و نقل وجود دارد. چون فتوولتایی ، باد که سهمی بیش از 10 تا 15 درصد تولید الکتریسیته ما را دارند، پس انرژی باید برای شب و روزهای ابری باد ذخیره گردد. بخش انرژی آزمایشگاههای ملی در آمریکا در سال 1990 پیش بینی کرد که انرژی تجدید پذیر ، بدونه ذخیره انرژی می‌تواند حداکثر در سال 2030 ، به مقدار 24 تا 34 کواد از انرژی مورد نیاز را تأمین کند. در مقایسه با مصرف فعلی از تمامی منابع انرژی ، ما می‌توانیم الکتریسیته بیشتری از منابع جایگزینی و تجدید پذیر تولید کنیم، ولی انرژی تولید شده نمی‌تواند برای مصارف بعدی بطور اقتصادی ذخیره گردد.

اگر یک مکانیزم (ساز و کار) ذخیره مانند هیدروژن عملی شود، آن وقت تا سال 2030 نیاز به انرژی (16 تا 21 کواد دیگر) می‌تواند از طریق منابع تجدید پذیر تأمین شود. بدین ترتیب سهم انرژی تجدید پذیر حدود 45 تا 50 کواد ، یا بیشتر از نیمی از انرژی مصرفی فعلی دنیا خواهد شد. راههای دیگر ذخیره ، الکتریسیته عبارتند از باطریهای پیشرفته ذخیره انرژی با ابر رسانای مغناطیسی ، ذخیره انرژی از طریق پمپاژ (تلمبه) آب و هوای فشرده شده.

(مؤسسه تحقیقات نیرو) در آمریکا (EPRI) پس از تحقیقات زیاد پیش بینی می‌کند که بعد از توسعه انرژیهای تجدید پذیر ، هیدروژن جایگرزین مناسبی برای ذخیره ، نسبت به سایر موارد است. ذخیره انرژی با ابر رسانای مغناطیسی و حتی باطریهای پیشرفته فقط ارزش ذخیره شدن برای دوره‌های کوتاه مدت را دارد (تا چند ساعت). مطابق گزارش (EPRI) ذخیره انرژی از طریق هوای فشرده از ذخیره هیدروژن ارزانتر است، اما برای سیستمهای انرژی تجدید پذیر عملی نیست. برای فتوولتایی و باد ذخیره هیدروژن و باطری اولین انتخابها برای مقادیر متوالی هستند، اما ذخیره نمودن الکتریسیته با سیستم باطریهای پیشرفته برای چهار روز ابری تقریبا دو برابر ذخیره هیدروژن هزینه خواهد داشت.



تصویر

حمل و نقل

برای کاهش آلودگی هوا و رهایی از تشعشات گازهای گلخانه‌ای و نیز قطع وابستگی به نفت وارداتی ، انرژیهای تجدید پذیر نهایتا باید خودروها ، کامیونها ، اتوبوسها و قطارهای ما را راه بیندازد. اما الکتریسیته خورشیدی در حمل و نقل همیشه به استفاده از باطریها محدود می‌گردد، حتی باطریهای پیشرفته دارای وزن و قیمت و زمان شارژ (پر شدن) بالا ، عمر محدود و مسائل پسمانده‌های سمی می‌باشند. یکی از موارد امید بخش در باطریهای وسایل نقلیه ، سلول سوختی در وسیله نقلیه الکتریکی است که از هیدروژن نیرو می‌گیرد. سلول سوختی یک وسیله الکتروشیمیایی قابل توجه است.

پیش بینی می‌شود سلول سوختی در قرن بیست و یکم برای نقل و انتقال انرژی مورد استفاده قرار گیرد (کاری که ترانزیستور برای الکترونیک در قرن بیستم انجام داد). سلول سوختی بدون هیچ قسمت متحرکی ، الکتریسیته تولید می‌کند و طی مدت عمر خود با هیدروژن و اکسیژن یا هوا کار می‌کند. سلول سوختی دارای بازدهی بیش از 50 درصد در مقایسه با بازده 30 تا 50 درصد ژنراتورهای بخار الکتریکی امروزه و خیلی بیشتر از (15 درصد) بازده موتورهای درونسوز بنزینی است.

بخش انرژی ، وزن و حجم سیستمهای ذخیره در سلولهای سوختی و باطریهای پیشرفته هیدروژنی که وسائل نقلیه الکتریکی را به حرکت در می‌آورند، در مقایسه با سیستم ذخیره معمولی ، مورد سنجش قرار داد. نتیجه‌ای که بدست آمد این بود که باطریهای پیشرفته تولید شده در شرکت باطری سازی برای مسافتهای طولانی ، سنگین و پر حجم خواهند بود. وزن سیستم هیدروژن فشرده ، از سیستم ذخیره بنزین بیشتر است و مخازن هیدروژن ، حجمی بیش از 4 یا 5 برابر دارند. اما موتورهای الکتریکی این سیستم در مقایسه با موتورهای درونسوز بنزینی فضای کمتری را اشغال می‌کنند.

یک شرکت خودروسازی نوعی سلول سوختی را طراحی کرده که در فشار 5 هزار پوند بر اینچ مربع هیدروژن فشرده ، دو وسیله نقلیه الکتریکی را به حرکت در می‌آورد. برخلاف خودروهای باطری دار ، خودروهای مجهز به سلول سوختی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تقریبا با همان شتاب و فضای سرنشین و نیز زمان سوخت گیری مانند خودروهای بنزینی باشند. بنابراین راننده هیچ فرقی بین این وسیله و وسیله معمولی دودزای خود تشخیص نمی‌دهد.

خط مشی انتقال

بدیهی است که هر تغییر و تحولی در مورد یک سیستم پایدار انرژی مثل الکتریسیته خورشیدی و هیدروژن خورشیدی چندین دهه طول خواهد کشید و میلیاردها دلار هزینه زیر بنایی خواهد داشت تا مثلا فناوری خورشیدی جایگزین سوخت فسیلی گردد. به هر حال خط مشی هر تغییری باید بطور تدریجی بر پایه فناوری فسیلی امروزه بنا شود. هنگام استفاده از هیدروژن خورشیدی می‌توان از گاز طبیعی نیز به عنوان سوخت کمکی استفاده کرد.

گاز طبیعی پاکیزه ترین سوخت است و اخیرا به عنوان سوخت فسیلی با حداقل قیمت برای نقل و انتقال مورد استفاده قرار می‌گیرد. هیدروژن می‌تواند بطور اقتصادی و مؤثر با فرآیند تغییر شکل بخار از گاز طبیعی توبلید شود. ایستگاههای گاز که از قبل به لوله‌های گاز طبیعی وصل شده ، می‌تواند با سیستم تولید هیدروژن برای تهیه هیدروژن فشرده تجهیز شود و برای استفاده در وسیله نقلیه با سلول سوختی ، در اختیار رانندگان قرار گیرد. در برداشت اول ، تغییر شکل گاز به هیدروژن غیر مؤثر به نظر می‌آید چون حدود 30 درصد انرژی موجود در گاز طبیعی در این فرآیند به هدر می‌رود. چرا مستقیما گاز طبیعی را در موتورهای موجود خودرو نسوزانیم؟

مباحث مرتبط با عنوان



تعداد بازدید ها: 25149


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..