کاتالیست جدید ممکن است سوخت هیدروژن مایع آینده را فراهم کند.
محققان در حال توسعه یک سیستم سوخت خودرویی مبتنی بر هیدروژن با ضریب نزدیک به صفردرصدِ گازهای گلخانه‌ای، با استفاده از یک مایع تبدیل‌شده توسط یک کاتالیست هستند. این روش هنوز در مرحله تحقیقات است و با چالش‌هایی مانند دوام کاتالیست و دوستی محیط زیستی تولید هیدروژن مواجه است که نیاز به حمایت سیاسی برای انرژی‌های تجدیدپذیر را مورد تأکید قرار می‌دهد.
محققان دانشگاه لوند در سوئد در حال توسعه ی یک سیستم سوخت خودرویی نوآورانه هستند که به صورت دوره ای عمل می کند و انتشار گازهای گلخانه ای را به حداقل می رساند. این سیستم از یک مایع منحصر به فرد استفاده می کند که وقتی با یک کاتالیزور جامد ترکیب می شود، به سوخت هیدروژن برای خودرو تبدیل می شود. پس از استفاده، مایع مصرف شده از مخزن خودرو خارج شده و با هیدروژن شارژ می شود و آن را برای استفاده مجدد آماده می کند. این فرآیند یک سیستم حلقه بسته را تشکیل می دهد که تأثیرات محیط زیستی را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد.
در دو مقاله تحقیقاتی، محققان لوند نشان داده‌اند که این روش کار می‌کند، و اگرچه هنوز تحقیقات پایه ای است، اما این پتانسیل را دارد که در آینده به یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی کارآمد تبدیل شود.
اولا وندت، استاد گروه شیمی در دانشگاه لوند و یکی از نویسندگان می‌گوید: «کاتالیزور ما یکی از کارآمدترین کاتالیزورهای موجود است، اگر به تحقیقات دسترسی داشته باشید ».
مدیریت تأثیرات اقلیمی و بررسی گاز هیدروژن
یافتن راهکارهای جایگزین برای تولید، ذخیره و تبدیل انرژی به منظور کاهش دی‌اکسید کربن از سوخت‌های فسیلی ضروری است تا تأثیرات اقلیمی آن کاهش یابد. یکی از راه‌ها شامل گاز هیدروژن است که بسیاری آن را به عنوان یک راه‌حل آینده برای ذخیره‌سازی انرژی می‌بینند. طبیعت انرژی را در اتصالات شیمیایی ذخیره می‌کند و هیدروژن حاوی بالاترین چگالی انرژی به نسبت وزن خود است.
“به هر حال، کنترل گاز ممکن است دشوار باشد، بنابراین ما به دنبال سوخت مایع شارژ شده با هیدروژن هستیم که می‌تواند به صورتی مشابه با آنچه که امروز در ایستگاه‌های بنزین اتفاق می‌افتد، در یک پمپ تحویل داده شود”.
این مفهوم به نام LOHC ( حامل‌های هیدروژن آلی مایع ) شناخته شده است و به عنوان یک مفهوم کاملاً جدید شناخته نمی‌شود. چالش در یافتن یک کاتالیست کارآمد است، که بتواند هیدروژن را از مایع استخراج کند.
سیستم قرار است با استفاده از یک مایع “شارژ شده” با هیدروژن عمل کند. مایع از طریق یک کاتالیست جامد پمپ می‌شود که هیدروژن را استخراج می‌کند. این می‌تواند در یک پیل سوختی- که سوخت شیمیایی را به الکتریسیته تبدیل می‌کند – استفاده شود در حالی که مایع “مصرفی” به سمت یک مخزن دیگر حرکت می‌کند که تنها ماده ی منتشر شده، آب است.
سوخت گیری و تولید در مقیاس بزرگ
سپس مایع مصرف شده را می توان قبل از سوخت گیری با مایع جدید شارژ شده، در یک ایستگاه سوخت تخلیه کرد. این احتمالاً به معنای تولید در مقیاس بزرگ این ماده است که با پالایشگاه‌های نفت امروزی قابل مقایسه است.
اولا وندت می گوید: «ما بیش از ۹۹ درصد از گاز هیدروژن موجود در مایع را تبدیل کردیم.
محققان همچنین در حال محاسبه هستند که آیا امکان استفاده از این سوخت برای وسایل نقلیه بزرگ مانند اتوبوس‌ها، کامیون‌ها و هواپیماها وجود دارد یا خیر.
“با مخازن بزرگی که دارند، احتمالاً بتوان تقریباً همان مسافتی که با یک مخزن دیزل می‌توان رفت، رسید. اولا وندت می‌گوید، شما همچنین می توانید حدود ۵۰ درصد انرژی بیشتری را نسبت به هیدروژن فشرده تبدیل کنید.
مؤلفه ها و چالش ها
مایعات مورد استفاده ایزوپروپانول (که یک عنصر رایج در اسکرین واش است) و ۴-متیل‌پیپریدین است.
آیا این کمی بیش از حد خوب به نظر می رسد که درست باشد؟ بله – حداقل در حال حاضر، تعدادی چالش باقی مانده است. یکی این است که طول عمر کاتالیزور نسبتاً محدود است. دیگری این است که ایریدیوم، که کاتالیست بر پایه آن است، یک فلز گران‌بهاست.
اما ما تخمین می زنیم که شما به دو گرم ایریدیوم برای هر خودرو نیاز دارید. اولا وندت می‌گوید: « این را می‌توان با مبدل‌های کاتالیزوری تمیزکننده اگزوز امروزی مقایسه کرد که حاوی حدود سه گرم پلاتین، پالادیوم و رودیوم هستند که آنها نیز فلزات گرانبهایی هستند.
این یک راه‌حل فنی مبتنی بر تحقیقات پایه است. اگر تصمیمی برای رفتن به یک محصول نهایی گرفته شود، اولا وندت معتقد است که این به آن معناست که در مدت ده سال آینده آماده می شود -– به شرطی که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد و علاقه جامعه وجود داشته باشد.
مشکل دیگر نحوه تولید هیدروژن است – امروزه بیشتر تولیدات با محیط زیست سازگار نیستند. سپس هیدروژن نیاز به ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل به شیوه‌ای کارآمد دارد که این امر امروزه به این سادگی صورت نمی‌گیرد. همچنین خطرات سوخت گیری با هیدروژن فشرده وجود دارد. محققان لوند امیدوارند با روش خود این مسائل را حل کنند.
” نود و هشت درصد از کل هیدروژن امروز، مشتق از سوخت‌های فسیلی است، که از گاز طبیعی تولید می‌شود. محصول جانبی آن دی‌اکسید کربن است. اولا وندت می گوید از دیدگاه محیط زیستی، ایده تولید هیدروژن برای فولاد، باتری‌ها و سوخت اگر با استفاده از گاز طبیعی انجام شود”، بی‌معنی است. اما او توضیح می‌دهد که تحقیقات زیادی در حال انجام است تا ببینیم چگونه هیدروژن سبز می‌تواند با کمک انرژی‌های تجدیدپذیر از جدا کردن آب به هیدروژن و اکسیژن تولید شود.
در عین حال، اولا وندت معتقد است که تصمیمات سیاسی برای انتخاب جایگزین‌های تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست ضروری است.
“باید ارزان‌تر شود و نیاز به تصمیمات سیاسی دارد. منابع تجدیدپذیرهیچ شانسی برای رقابت با چیزی که فقط از زمین استخراج می‌شود ندارند و حمل‌ونقل تقریباً تنها هزینه است، همانطور که در مورد سوخت‌های فسیلی این چنین است “.
منبع: sci tech daily
