هیدروژن فراوان ترین عنصر طبیعت محسوب مى شود بنابراین دانشمندان در تلاش اند تا راهى بیابند که بتوان از هیدروژن به عنوان سوخت در خودروها استفاده کرد. آزمایشات انجام گرفته در ایستگاه فضایى بین المللى مى تواند حرکت به سوى اقتصاد مبتنى بر هیدروژن را تسریع کند. تصور کنید براى سوخت گیرى خودروتان به سمت جایگاه سوخت رسانى حرکت مى کنید، دهانه لوله سوخت رسانى را وارد مخزن سوخت خودرو مى کنید، اما سوختى که مصرف مى کنید، از نوع سوخت هاى متداول نیست بلکه هیدروژن است. هیدروژن گازى بى رنگ و بى بو است که از سوختن آن فقط بخار آب حاصل مى شود که سریع و بدون هیچ خطرى توسط محیط اطراف جذب مى شود. یک کیلوگرم از هیدروژن تقریباً سه برابر همین میزان بنزین انرژى آزاد مى کندو این در حالى است که هیدروژن فراوان ترین عنصر طبیعت محسوب مى شود! پس جاى تعجب نیست که چرا دانشمندان در تلاش اند تا راهى بیابند که بتوان از هیدروژن به عنوان سوخت در خودروها استفاده کنند. ال ساکو مدیر مرکز تولید مواد پیشرفته تحت جاذبه ضعیف (CAMMP) در دانشگاه نورسسترون بوستون که زیر نظر ناسا مشغول فعالیت است در این زمینه مى گوید: «ده ها شرکت از جمله بزرگ ترین شرکت هاى سازنده خودرو، موتورهایى را طراحى کرده اند که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده مى کند. این موتورها بسیار شبیه به موتورهاى احتراق داخلى هستند که ما امروزه به طور گسترده اى از آنها استفاده مى کنیم. سلول هاى سوختى - یکى دیگر از منابع ممکن براى تولید نیرو در خودروها - نیز از هیدروژن استفاده مى کنند. براى آنکه استفاده از این فناورى ها در زندگى روزمره ممکن شود، لازم است دانشمندان راهى براى ذخیره سازى و انتقال ایمن هیدروژن بیابند که از لحاظ هزینه به صرفه بوده و با هزینه هاى استفاده از بنزین قابل مقایسه باشد.»اما انجام این کار چندان هم آسان نیست. گاز هیدروژن سبک و فرار است. مولکول هاى کوچک H2 از طریق روزنه ها و شکاف ها و همچنین از طریق بست ها و شیرها بسیار سریع نشت مى کنند و هنگامى که از این طریق خارج شدند خیلى زود تبخیر مى شوند. هیدروژن چهار برابر سریع تر از متان و ده برابر سریع تر از بخارهاى بنزین نفوذ مى کند. این مسئله در مورد حفظ ایمنى دستگاه از اهمیت بسیار زیادى برخوردار است چرا که قطرات هیدروژن بسیار سریع تبخیر شده و در محیط پراکنده مى شوند و مى توانند ایمنى سیستم را به خطر اندازند. این مسئله مى تواند براى هر کسى که مى خواهد گاز هیدروژن را ذخیره کند، دردسرساز شود. هر چند که هیدروژن مایع بسیار متراکم است و ذخیره سازى آن آسان به نظر مى رسد، اما در عین حال ذخیره کردن آن مى تواند مشکلاتى را نیز به همراه داشته باشد. هیدروژن حدوداً در دماى ۲۰ درجه کلوین (۲۵۳ درجه سانتى گراد) مایع مى شود. نگهدارى از یک مخزن پر از هیدروژن مایع نیازمند استفاده از یک سیستم خنک کننده جانبى سنگین است، فعلاً استفاده از این سیستم ها در خودروهاى مسافربرى معمولى مقدور نیست. هیدروژن مایع چنان سرد است که حتى مى تواند باعث منجمد شدن هوا نیز شوداین امر مى تواند به مسدود شدن شیرها و اتصالات منجر شود که افزایش ناخواسته فشار را به همراه دارد. البته ممکن است گفته شود براى مقابله با انجماد هوا از سیستم هاى عایق کارى استفاده شود، اما این کار نیز مشکلاتى را در پى دارد که از جمله آنها مى توان به افزایش وزن سیستم ذخیره سازى سوخت اشاره کرد. با این تفاسیر چگونه مى توان بر مشکلات پیش رو غلبه کرد؟ ساده است: چند قطعه سنگ را در داخل مخزن سوخت قرا دهید. البته در این مورد نمى توان از سنگ هاى معمولى استفاده کرد بلکه باید از سنگ هاى ویژه اى که زئولیت (Zeolite) نام دارند استفاده کرد. ساکو در تشریح خواص این سنگ ها مى گوید: «زئولیت ها موادى از جنس سنگ هستندکه بسیار متخلخلند و به همین دلیل مى توانند به عنوان اسفنج هاى مولکولى عمل کنند. زئولیت ها در شکل کریستالى خود به صورت شبکه گسترده اى از حفره ها و شکاف هاى به هم پیوسته در نظر گرفته مى شوند که بسیار شبیه کندوى زنبور عسل است. یک مخزن سوخت که در ساختار آن از این موارد کریستالى استفاده شده است، مى تواند گاز هیدروژن را «در حالت شبه مایع و بدون نیاز به سیستم هاى خنک کننده سنگین» به دام انداخته و در خود ذخیره کند. ساکو و همکارانش در نظر دارند، با استفاده از کمک هاى برنامه توسعه تولیدات فضایى ناسا که در مرکز پروازهاى فضایى مارشال مستقر است، ایده استفاده از زئولیت ها در مخزن سوخت را عملى سازند. نام زئولیت از کلمات یونانى «Zeo » به معناى جوشیدن و «lithos » به معناى جوشیدن مشتق شده است و معناى تحت اللفظى آن «سنگى که مى جوشد» است. این نام را به این دلیل به این سنگ ها اطلاق مى کنند که هنگامى که تحت تاثیر حرارت قرار مى گیرند، محتویات خود را خارج مى کنند. ساکو طرز کار مخزن هاى سوخت زئولیت دار که در دما کنترل مى شود را این گونه شرح مى دهد: «در ابتدا باید مقدارى یون هاى با بار منفى را به این زئولیت ها بیافزاییم. این یون ها مثل تشتک عمل مى کنند، درست مثل درپوش دوات؛ و بدین ترتیب حفره هاى موجود در شبکه کریستالى را مسدود مى کنند. مى توان با حرارت دادن زئولیت به میزان بسیار جزیى یون ها را از مقابل این حفره ها به کنارى راند. مى توان زئولیت ها را از هیدروژن انباشته کرد و سپس دماى آن را به حالت عادى برگرداند، با این کار یون ها به جاى قبلى خود برمى گردند و مانع خروج محتویات حفره ها مى شوند.»حدود ۵۰ نوع زئولیت مختلف با ترکیب شیمیایى و ساختار کریستالى متفاوت در طبیعت یافت مى شود، گذشته از این شیمیدان ها روش ساخت مصنوعى تعداد دیگرى از آنها را دریافته اند. کسانى که گربه دارند ممکن است با این مواد آشنایى داشته باشند. چرا که از این مواد به عنوان بوگیر در بستر حیوان استفاده مى شود. ساکو خاطرنشان مى سازد: «با استفاده از زئولیت هاى موجود مى توان مقدار کمى از هیدروژن را ذخیره کرد، اما این مقدار کافى نیست.» پس چه مقدار هیدروژن کافى است؟تصور کنید دیواره مخزن سوخت خودروى شما توسط سنگ هاى متخلخل و کریستالى پوشیده شده است و این سنگ ها حدود ۴۰ کیلوگرم وزن دارد. به جایگاه سوخت گیرى مراجعه مى کنید و متصدى جایگاه حدود ۵/۳ کیلوگرم هیدروژن را به مخزن پوشیده از زئولیت خودروى شما تزریق مى کند.از لحاظ نظرى این مقدار هیدروژن، هم از لحاظ وزنى و هم از لحاظ مقدار انرژى ذخیره شده در آن برابر مخزنى پر از بنزین است. ساکو خاطر نشان مى سازد: «اگر بتوان کریستال هایى از زئولیت تولید کرد که بتواند حدود ۶ تا ۶ درصد از وزن خود را، هیدروژن ذخیره کند، آن وقت یک مخزن زئولیتى پر از هیدروژن مى تواند با یک مخزن معمولى پر از بنزین رقابت کند.» با این همه بهترین زئولیت هاى موجود مى توانند فقط ۲ تا ۳ درصد از وزن خود را هیدروژن ذخیره کنند. در سال ۱۹۹۵ ساکو به عنوان یکى از متخصصین یک ماموریت به وسیله شاتل فضایى، کلمبیا (sts-۷۳) به فضا مسافرت کرد. هدف وى از این ماموریت این بود که بتواند زئولیت هایى با کیفیت بهتر را در فضا تولید کند. «در محیطهاى با گرانش کم، مواد با سرعت بسیار کمترى گرد هم مجتمع مى شوند و این اثر باعث مى شود که کریستال هاى زئولیت به وجود آمده هم بزرگ تر باشند و هم از نظم بیشترى برخوردار شوند.»کریستال هاى زئولیت تولید شده در زمین بسیار کوچک هستند و ضخامت آنها در حدود ۲ تا ۸ میکرون است. این مقدار حدود یک دهم ضخامت موى انسان است. اما کریستال هایى را که ساکو توانست در فضا تهیه کند هم ده مرتبه بزرگ تر بودند و هم ساختار داخلى مناسب ترى داشتند و این شروع مسرت بخشى بود. ساکو مى گوید: «مراحل بعدى کار را باید در ایستگاه فضایى بین المللى انجام داد.» ساکو و همکارانش یک کوره تولید کریستال هاى زئولیت ساخته اند، که در ابتداى سال ۲۰۰۲ در ایستگاه فضایى بین المللى نصب شده است. کن بوور ساکس فرمانده یکى از ماموریت هاى ایستگاه فضایى بین المللى از این کوره براى تولید چند نمونه از کریستال ها استفاده کرده است. کن در حین کار مجبور بود بعضى از مشکلات غیرمنتظره به وجود آمده هنگام اختلاط محلول هاى به کار رفته در رشد کریستال ها را حل کند - این امر ارزش حضور انسان در هنگام آزمایشات فضایى را نشان مى دهد - اما از آن پس آزمایشات مربوط به این گونه کریستال ها با سرعت کمترى به پیش مى رود. ساکو مى گوید در مرحله بعد باید کریستال هاى تولید شده در فضا را به زمین منتقل کرد و آزمایشات مربوطه را روى آنها انجام داد. البته وى خاطرنشان مى سازد که هدف آنها تولید انبوه کریستال هاى زئولیت در فضا نیست، چرا که این کار - حداقل فعلاً - مقرون به صرفه نیست. وى مى گوید ما فقط مى خواهیم دریابیم آیا مى توان زئولیت هایى را ساخت که بتوانند هفت درصد از وزن خود را هیدروژن ذخیره کنند یا خیر؟ اگر بتوان این کار را در فضا انجام داد، آن وقت مى توان با اتخاذ تدابیر ویژه اى دریافت که چگونه همین فرآیند را در زمین به گونه مشابهى انجام داد. در تمام طول دوره انجام این تحقیقات ساکو در فکر تغییر مصرف سوخت و تحول جهانى از سوخت هاى فسیلى به سمت سوخت هیدروژنى بود. این ایده رویایى بزرگ است اما مى توان به آن دست یافت. زئولیت ها مى توانند به عنوان نکته کلیدى براى استفاده از سوخت هیدروژن و رد شدن از سد مشکلات فناورى محسوب شوند. به زودى این ایده فراگیر خواهد شد، آن وقت احتمالاً کسى از شما خواهد پرسید... «آیا در این نزدیکى جایگاه سوخت هیدروژن وجود دارد؟»
امتیاز: 0.00
وزارت آموزش و پرورش > سازمان پژوهش و برنامه‌ريزی آموزشی
شبکه ملی مدارس ایران رشد
ارسال ها: 290
شما باید یک عنوان و متن وارد کنید!