انرژی هیدروژنی چیست؟

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از سای تک دیلی، اکنون این سوال مطرح است که آیا هواپیماها و خودروهای ما می‌توانند به جای استفاده از سوخت فسیلی و انتشار گازهای مضرگلخانه‌ای به محیط، با سوخت مبتنی بر آب و یا برق بادی و خورشیدی کار کند؟ آیا امکان دارد برق را این سوخت‌های تجدید پذیر تامین کرده و آن را از جایگاهای سوخت‌رسانی در سراسر کشور تهیه کرد؟

هیدروژن ساده ترین عنصر شیمیایی یا نوع اتم است. مقدار زیادی هیدروژن در آب سیاره ما وجود دارد. این عنصر به طور طبیعی توسط چرخه آب تجدید می‌شود و هنگامی که به عنوان سوخت استفاده شود، هیچ گونه ماده مضری تولید نمی‌کند. به همین دلیل، هیدروژن می‌تواند نقش مهمی در ایجاد محیطی پاک‌تر و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌‌ای در بخش‌‌هایی از شبکه حمل ‌و نقل تا برق سراسری داشته باشد.

دانشمندان در آزمایشگاه ملی آرگون در وزارت انرژی آمریکا از امکانات و تخصص در سطح جهانی برای کاهش هزینه تولید هیدروژن و توسعه سلول‌های سوختی مقرون به صرفه برای وسایل نقلیه هیدروژنی استفاده می‌کنند. آنها همچنین در حال ارزیابی روش‌های تولید، حمل و نقل، ذخیره سازی و استفاده از هیدروژن برای به حداقل رساندن انتشار گازهای گلخانه ای هستند.

این پژوهشگران در تلاشند با استفاده از انرژی موجود در هیدروژن، چشم انداز کربن صفر تا سال 2050 را محقق کنند؛ وعده ای که بر اساس آن کربن، با همان سرعتی که تولید می‌شود از جو حذف خواهد شد.

هیدروژن فقط از یک پروتون و یک الکترون تشکیل شده و فراوان ترین عنصری است که حدود 75 درصد از ماده شناخته شده در جهان را تشکیل می‌دهد. مقادیر زیادی هیدروژن در آب و موجودات زنده وجود دارد.

مولکول هیدروژن متشکل از دو اتم هیدروژن می‌تواند برای تولید انرژی بدون کربن استفاده شود. مولکول‌های هیدروژن انرژی زیادی را در خود دارند: یک پوند هیدروژن تقریبا سه برابر انرژی یک پوند بنزین یا گازوئیل است.

با این حال، مولکول‌های هیدروژن در زمین فراوان نیستند و کمتر از 0001/0 درصد جو ما را تشکیل می‌دهند. به همین دلیل، هیدروژن باید از سایر مواد حاوی آن استخراج شود. رایج ترین شیوه برای تولید هیدروژن که از سوخت‌های فسیلی استفاده نمی کند، تقسیم آب (H2O) به هیدروژن (H2) و اکسیژن (O2) با استفاده از برق موسوم به الکترولیز آب است. این فرایند گزینه امیدوارکننده ای برای تولید هیدروژن بدون کربن است، زیرا برق مورد نیاز آن می‌‌تواند از انرژی‌‌های هسته ‌ای یا تجدیدپذیر مانند باد و خورشید تامین شود. دانشمندان و مهندسان در حال تلاش برای بهبود و کاهش هزینه هیدروژن تولید شده توسط الکترولیز آب هستند. آنها همچنین در حال توسعه روش‌هایی هستند که با مهار و تقلید فرآیندهای بیولوژیکی مانند فتوسنتز، انرژی خورشیدی و آب را مستقیما به هیدروژن تبدیل می‌کند

راه‌های مختلفی برای استفاده از انرژی هیدروژن وجود دارد. برجسته ترین آن در پیل‌های سوختی است که انرژی شیمیایی ذخیره شده در هیدروژن و اکسیژن را به برق تبدیل می‌کند. برخلاف موتورهای بنزینی، هیچ انتشار مضری مانند دی اکسید کربن وجود ندارد و برخلاف باتری‌‌ها، سیستم‌‌های پیل سوختی برای شارژ مجدد نیازی به توقف طولانی مدت ندارند. آنها مانند موتورهای بنزینی، اما با هیدروژن شارژ می‌شوند.

نوعی پیل سوختی هیدروژنی که برای خودروها، کامیون‌ها، لیفتراک‌ها، اتوبوس‌ها، کشتی‌ها و قطارها ساخته می‌‌شود، مولکول‌‌های هیدروژن را به الکترون‌‌ها و پروتون‌ها تقسیم می‌کند. الکترون‌ها مجبور می‌‌شوند از طریق یک مدار الکتریکی جریان پیدا کنند و یک منبع برق قابل استفاده ایجاد کنند. در همین حال، پروتون‌ها می‌‌توانند از یک غشاء عبور کرده و در نهایت با الکترون‌ها دوباره ترکیب شوند و با مولکول‌‌های اکسیژن هوا واکنش دهند تا آب تولید کنند که تنها چیزی است که به محیط اضافه می‌شود.