خبر های ویژه
22 خرداد 1402
هیدروژن چیست و آیا واقعاً می تواند به یک راه حل تغییر آب و هوا تبدیل شود؟
برگردان به فارسی : مهندس کاوه وحیدی آذر
هیدروژن فراوان ترین عنصر در کیهان است، اما از آنجایی که بسیار واکنش پذیر است، به تنهایی در طبیعت یافت نمی شود. در عوض، معمولاً به اتم ها و مولکول های دیگر در آب، گاز طبیعی، زغال سنگ و حتی مواد بیولوژیکی مانند گیاهان و بدن انسان متصل می شود. با این حال، هیدروژن قابل جداسازی است. و به خودی خود، مولکول H2 به عنوان یک حامل انرژی بسیار موثر، ضربه سنگینی به خود می گیرد. در حال حاضر در صنعت برای تولید آمونیاک، متانول و فولاد و در پالایش نفت خام استفاده می شود. به عنوان سوخت، می تواند انرژی را ذخیره کند و انتشار گازهای گلخانه ای از وسایل نقلیه، از جمله اتوبوس ها و کشتی های باری را کاهش دهد. همچنین می توان از هیدروژن برای تولید برق با انتشار گازهای گلخانه ای کمتر از نیروگاه های زغال سنگ یا گاز طبیعی استفاده کرد. این پتانسیل توجه بیشتری را به خود جلب می کند زیرا دولت ایالات متحده قوانین جدیدی را پیشنهاد می کند که نیروگاه های فعلی را ملزم به کاهش انتشار دی اکسید کربن می کند. از آنجا که می توان آن را ذخیره کرد، H2 می تواند به غلبه بر مشکلات متناوب مرتبط با منابع انرژی تجدید پذیر مانند باد و خورشید کمک کند. همچنین می توان آن را با گاز طبیعی در نیروگاه های موجود برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای نیروگاه ترکیب کرد.
تبریز امروز:
هیدروژن پتانسیل بالقوه ای دارد، اما با چالش های بزرگی از جمله کمبود زیرساخت خط لوله مواجه است.
هانس ون در وات
استادیار پژوهشی دانشگاه داکوتای شمالی
هیدروژن یا H2 اخیراً توجه زیادی را به خود جلب کرده است زیرا دولت‌های ایالات متحده، کانادا و اروپا برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای خود تلاش می‌کنند.
اما دقیقاً H2 چیست و آیا واقعاً یک منبع انرژی پاک است؟
من در تحقیق و توسعه تکنیک های تولید H2 تخصص دارم. در اینجا برخی از حقایق کلیدی در مورد این ماده شیمیایی همه کاره وجود دارد که می تواند نقش بسیار بیشتری در زندگی ما در آینده ایفا کند.
بنابراین، هیدروژن چیست؟
هیدروژن فراوان ترین عنصر در کیهان است، اما از آنجایی که بسیار واکنش پذیر است، به تنهایی در طبیعت یافت نمی شود. در عوض، معمولاً به اتم ها و مولکول های دیگر در آب، گاز طبیعی، زغال سنگ و حتی مواد بیولوژیکی مانند گیاهان و بدن انسان متصل می شود.
با این حال، هیدروژن قابل جداسازی است. و به خودی خود، مولکول H2 به عنوان یک حامل انرژی بسیار موثر، ضربه سنگینی به خود می گیرد.
در حال حاضر در صنعت برای تولید آمونیاک، متانول و فولاد و در پالایش نفت خام استفاده می شود. به عنوان سوخت، می تواند انرژی را ذخیره کند و انتشار گازهای گلخانه ای از وسایل نقلیه، از جمله اتوبوس ها و کشتی های باری را کاهش دهد.
همچنین می توان از هیدروژن برای تولید برق با انتشار گازهای گلخانه ای کمتر از نیروگاه های زغال سنگ یا گاز طبیعی استفاده کرد. این پتانسیل توجه بیشتری را به خود جلب می کند زیرا دولت ایالات متحده قوانین جدیدی را پیشنهاد می کند که نیروگاه های فعلی را ملزم به کاهش انتشار دی اکسید کربن می کند.
از آنجا که می توان آن را ذخیره کرد، H2 می تواند به غلبه بر مشکلات متناوب مرتبط با منابع انرژی تجدید پذیر مانند باد و خورشید کمک کند. همچنین می توان آن را با گاز طبیعی در نیروگاه های موجود برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای نیروگاه ترکیب کرد.
استفاده از هیدروژن در نیروگاه ها می تواند انتشار دی اکسید کربن را در هنگام ترکیب یا به تنهایی در توربین های تخصصی یا در سلول های سوختی که برای تولید برق، گرما و آب مصرف می کنند، H2 و اکسیژن یا O2 کاهش دهد. اما معمولاً کاملاً بدون CO2 نیست. این تا حدی به این دلیل است که جداسازی H2 از آب یا گاز طبیعی انرژی زیادی می‌گیرد.
هیدروژن چگونه تولید می شود؟
چند راه متداول برای تولید H2 وجود دارد:
الکترولیز می تواند هیدروژن را با تقسیم آب - H2O - به H2 و O2 با استفاده از جریان الکتریکی جدا کند.
اصلاح متان از بخار برای تقسیم متان یا CH4 به H2 و CO2 استفاده می کند. از اکسیژن و بخار یا CO2 نیز می توان برای این فرآیند تقسیم استفاده کرد.
گازی شدن مواد مبتنی بر هیدروکربن - از جمله زیست توده، زغال سنگ یا حتی زباله های شهری - را به گاز سنتز تبدیل می کند، گازی غنی از H2 که می تواند به عنوان سوخت یا به تنهایی یا به عنوان پیش ساز برای تولید مواد شیمیایی و سوخت مایع استفاده شود.
هر کدام مزایا و معایبی دارند.
سبز، آبی، خاکستری - رنگ ها به چه معنا هستند؟
هیدروژن اغلب با رنگ توصیف می شود تا نشان دهد که چقدر تمیز یا بدون CO2 است. تمیزترین هیدروژن سبز است.
H2 سبز با استفاده از الکترولیز تولید شده توسط منابع انرژی تجدید پذیر مانند باد، خورشیدی یا برق آبی تولید می شود. در حالی که هیدروژن سبز کاملاً بدون CO2 است، به دلیل انرژی بالایی که برای شکافتن آب لازم است، حدود 4 تا 9 دلار در هر کیلوگرم (2 تا 4 دلار در هر پوند) هزینه بر است.
نمودار رنگ های مختلف هیدروژن و نحوه ساخت هر کدام را نشان می دهد
امروزه بیشترین سهم هیدروژن از گاز طبیعی به معنی متان که یک گاز گلخانه ای قوی است ساخته می شود. ایرنا (2020)، هیدروژن سبز: راهنمای سیاست گذاری
سایر تکنیک‌های کم‌مصرف انرژی می‌توانند H2 را با هزینه کمتر تولید کنند، اما همچنان گازهای گلخانه‌ای منتشر می‌کنند.
H2 خاکستری رایج ترین نوع هیدروژن است. از گاز طبیعی از طریق اصلاح متان ساخته می شود. این فرآیند دی اکسید کربن را در اتمسفر آزاد می کند و قیمتی در حدود 1 تا 2.50 دلار به ازای هر کیلوگرم (50 سنت تا 1 دلار در هر پوند) دارد.
اگر انتشار CO2 از هیدروژن خاکستری گرفته شود و قفل شود تا در جو منتشر نشود، می تواند به هیدروژن آبی تبدیل شود. هزینه های تولید بالاتر است، حدود 1.50 تا 3 دلار به ازای هر کیلوگرم (70 سنت تا 1.50 دلار به ازای هر پوند) برای تولید، و انتشار گازهای گلخانه ای همچنان می تواند هنگام تولید و حمل گاز طبیعی از بین برود.
یک سیستم الکترولیز در یک کارخانه تولید هیدروژن در مایورکا، اسپانیا. جیمی رینا/ خبرگزاری فرانسه از طریق گتی ایماژ
جایگزین دیگر هیدروژن فیروزه ای است که با استفاده از منابع تجدیدپذیر و غیر قابل تجدید تولید می شود. منابع تجدید پذیر انرژی پاکی را برای تبدیل متان - CH4 - به H2 و کربن جامد به جای دی اکسید کربنی که باید جذب و ذخیره شود، فراهم می کند.
نوع فن آوری پیرولیز هنوز جدید است و قیمت آن بین 1.60 تا 2.80 دلار در هر کیلوگرم تخمین زده می شود (70 سنت تا 1.30 دلار در هر پوند).
آیا اکنون می توانیم چراغ های سوخت های فسیلی را خاموش کنیم؟
بیش از 95 درصد از H2 تولید شده در ایالات متحده امروزه هیدروژن خاکستری ساخته شده با گاز طبیعی است که هنوز هم گازهای گلخانه ای منتشر می کند.
اینکه H2 می تواند به عنوان یک جایگزین گاز طبیعی برای صنعت برق و سایر مصارف مانند حمل و نقل، گرمایش و فرآیندهای صنعتی افزایش یابد، به در دسترس بودن انرژی تجدیدپذیر کم هزینه برای الکترولیز برای تولید H2 سبز بستگی دارد.
همچنین به توسعه و گسترش خطوط لوله و سایر زیرساخت‌ها برای ذخیره، حمل و نقل و توزیع موثر H2 بستگی دارد.
بدون زیرساخت، استفاده از H2 به سرعت رشد نخواهد کرد. این یک نسخه مدرن از "کدام اول آمد، مرغ یا تخم مرغ؟" است. استفاده مداوم از سوخت های فسیلی برای تولید H2 می تواند سرمایه گذاری در زیرساخت های H2 را تحریک کند، اما استفاده از سوخت های فسیلی باعث آزاد شدن گازهای گلخانه ای می شود.
آینده برای هیدروژن چیست؟
اگرچه پروژه های هیدروژن سبز و آبی در حال ظهور هستند، اما تا کنون کوچک هستند.
سیاست‌هایی مانند محدودیت‌های انتشار گازهای گلخانه‌ای اروپا و قانون کاهش تورم ۲۰۲۲ ایالات متحده، که اعتبار مالیاتی تا ۳ دلار به ازای هر کیلوگرم (۱.۳۶ دلار در هر پوند) H2 ارائه می‌کند، می‌تواند به رقابتی‌تر کردن هیدروژن پاک‌تر کمک کند.
پیش بینی می شود که تقاضای هیدروژن تا سال 2050 تا دو تا چهار برابر سطح فعلی افزایش یابد. برای سبز بودن H2 به مقادیر قابل توجهی انرژی تجدیدپذیر نیاز دارد همزمان با ساخت نیروگاه های جدید خورشیدی، بادی و سایر انرژی های تجدیدپذیر. برق را مستقیماً در اختیار بخش برق قرار دهد.
در حالی که هیدروژن سبز یک روند امیدوارکننده است، اما تنها راه حل برای برآوردن نیازهای انرژی جهان و اهداف انرژی بدون کربن نیست. ترکیبی از منابع انرژی تجدیدپذیر و H2 پاک، از جمله آبی، سبز یا فیروزه‌ای، احتمالاً برای رفع نیازهای انرژی جهان به روشی پایدار ضروری خواهد بود.
برگردان به فارسی : کاوه وحیدی آذر
ارتباط با تبریز امروز
اخبار ، گزارشات ، عکسها و فیلم های خود را برای ما ارسال دارید . برای ارسال میتوانید از طریق آدرس تلگرامی یا ایمیل استفاده کنید.
اشتراک در خبرنامه
برای اطلاع از آخرین خبرهای تبریز امروز در کانال تلگرام ما عضو شوید.
فرم تماس با تبریز امروز
کلیه حقوق این سایت متعلق به پایگاه خبری تبریز امروز بوده و استفاده از مطالب آن با ذکر منبع بلامانع
است.
طراحی وتولید
توسططراح وب سایت