پیل سوختی و سوخت‌ هیدروژنی

پیل سوختی و سوخت‌ هیدروژنی

بحث استفاده از سلول‌های سوختی (پیل سوختی) ، و همچنین استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت، از بحث‌های داغ تحقیقات پژوهشگران حوزه‌ی انرژی است. پیل‎‎‎‎‎‎‎‎‎های سوختی فن‌آوری جدیدی برای تولید انرژی هستند که بدون ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی و صوتی، از ترکیب مستقیم بین سوخت و اکسیدکننده، انرژی الکتریکی با بازدهی بالا تولید می‎‎‎‎کنند. پیل سوختی یک مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. این تبدیل مستقیم بوده و بنابراین از بازده بالایی برخوردار است. در واقع می‌توان گفت که در این تبدیل از عمل عکس الکترولیز آب استفاده می‌گردد، به عبارت دیگر از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب، حرارت و الکتریسیته تولید می‌گردد. هر سلول در پیل‌های سوختی از سه جزء آنُد، کاتُد و الکترولیت تشکیل شده‌است.

یکی از راه‌های مدرن تامین انرژی، استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت است. استفاده از این‌گونه انرژی‌ها در اول راه است و سرمایه‌گذاری و تحقیقات زیادی بر روی هیدروژن به عنوان سوختی که توجیه اقتصادی داشته باشد، انجام می‌شود. هیدروژن به دلیل مزایایی که دارد، مورد توجه محققان قرار گرفته است. اکنون می‌خواهیم مروری کلی بر روی هیدروژن به عنوان یک سوخت داشته باشیم و برخی خواص و ویژگی‌های هیدروژن را با دو رقیب قدرتمندش یعنی بنزین و گاز طبیعی مقایسه کنیم.

محتوای انرژی هیدروژن:
محتوای انرژی به صورت مقدار انرژی در واحد جرم سوخت تعریف می‌شود. در بین سوخت‌های رایج، هیدروژن از محتوای انرژی بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، انرژی یک کیلوگرم هیدروژن برابر با ۲٫۴ گیلوگرم گاز طبیعی و ۲٫۷ کیلوگرم بنزین است. البته با توجه به این‌که چگالی هیدروژن کمتر از گاز طبیعی و بنزین است، برای ذخیره سازی هیدروژن نیاز به مخازن بزرگ‌تری است. حجمی از هیدروژن که از نظر محتوای انرژی، با مقداری بنزین معادل باشد، چهار برابر بنزین حج اشغال خواهد کرد!

پیشنهاد ویژه:  تصاویری بیشتر از لپ تاپ شیائومی ایر: سبک و لوکس

آلایندگی هیدروژن:
هیدروژن آلاینده نیست و ورود آن به اتمسفر و یا آب و خاک، مشکل خاصی را ایجاد نمی‌کند و ماده خروجی از خودرو‌های هیدروژنی آب است و با محیط زیست سازگار می‌باشد اما استفاده از سوخت‌های فسیلی همچون گاز و بنزین، آلودگی‌های زیست محیطی در پی خواهد داشت. ترکیبات سمی‌ای همچون ترکیبات آروماتیکی و یا سرب و جیوه که ممکن است در بنزین وجود داشته باشد، می‌تواند صدمات شدیدی را به جانداران و محیط زیست بزند. گاز طبیعی هم با این‌که ۶۰% مونو اکسید کربن کمتری نسبت به بنزین دارد، اما آلایندگی آن نسبت به هیدروژن بسیار زیاد است.

رنگ، بو و مزه هیدروژن:
هیدروژن بدون بو و رنگ و مزه است و نشتی آن فقط با حس‌گر‌های خاصی قابل تشخیص  است. گرچه گاز طبیعی هم بدون بو و رنگ و مزه است اما با اضافه کردن ترکیبات مرکاپتان به گاز طبیعی، گاز طبیعی بوی خاصی می‌گیرد تا افراد از نشتی آن آگاه شوند. به دلیل مسموم شدن کاتالیست‌های پیل سوختی توسط ترکیبات گوگردی، نمی‌توان مرکاپتان‌ها را به هیدروژن اضافه نمود.

اشتعال پذیری هیدروژن:
هیدروژن، سوختی با ضریب نفوذ بالا و مولکول‌های کوچک است که به راحتی آتش نمی‌گیرد. هیدورژن در غلظت‌های بالا با مقداری کمی گرما، مشتعل می‌شود اما معمولا در هنگام تصادفات به دلیل این‌که هیدروژن ضریب نفوذ بسیار بالایی نسبت به گاز طبیعی دارد، قبل از آن‌که آتش بگیرد، به سرعت در محیط پخش می‌شود.

محدوده اشتعال پذیری هیدروژن:
هیدروژن محدوده اشتعال پذیری زیادی دارد و می‌تواند در نسبت‌های ۴% تا ۷۵% بسوزد اما با توجه به نسبت محدوده اشتعال پذیری و نسبت حجمی بنزین و گاز طبیعی برای سوختن، خطر هیدروژن بیشتر از گاز طبیعی و کمتر از بنزین می‌باشد.

پیشنهاد ویژه:  بی‌ام‌و ۳۳۰e مدل ۲۰۱۶ سدان اسپرت با پلاگین هیبریدی

قابلیت انفجار هیدروژن:
اکنون بحث روش‌های ذخیره‌سازی هیدروژن از مباحث داغ به شمار می‌رود. هیدروژن تا زمانی که به تنهایی در مخزن باشد، انفجار رخ نمی‌دهد. حضور یک اکسید کننده مانند اکسیژن با غلظت حداقل ۱۰% به صورت خالص و یا ۴۱% به صورت هوا، می‌تواند سبب انفجار مخزن هیدروژن شود اما با توجه به این‌که بنزین در غلظت‌های بسیار پایین‌تر قابل انفجار است، خطر انفجار مخزن هیدروژن کمتر از بنزین است و اگر محیط اطراف باز باشد، خطر انفجار هیدروژن به دلیل ضریب نفوذ بالایی که دارد، بسیار کمتر از بنزین است.

شعله هیدروژن:
شعله هیدروژن آبی کم‌رنگ و تقریبا نامرئی است و به صورت متمرکز و عمودی است و همین موضوع سبب ایمنی بیشتر هیدروژن نسبت به بنزین است زیرا در صورتی که مخزن ذخیره هیدروژن سوراخ شود، شعله هیدروژن از مخزن فاصله می‌گیرد و به صورت متمرکز و عمودی و با سرعت زیادی می‌سوزد و در عرض کمتر از دو دقیقه کل ذخیره هیدروژن به اتمام می‌رسد اما با کوچکترین نشتی در مخزن ذخیره بنزین، انفجار رخ خواهد داد و آتش به اطراف سرایت خواهد کرد.

منبع:سخن تازه
قبلی طرز تهیه سالاد آواکادو
بعدی آیا جناب‌خان در سری جدید «خندوانه» حضور دارد؟

پاسخی بگذارید