عصر هيدروژن
1- روند تامين انرژي جهان
انرژي از ديرباز به عنوان موتور محرك جوامع بشري شناخته شده است و با پيشرفت بشر بر اهميت و تأثير گذاري آن در زندگي بشر افزوده شده است. انسان نخستين پس از كشف آتش به منظور تأمين نيازهاي انرژي خود از برگ، شاخه و تنه درختان و نظاير آن استفاده مينمود. عملاً براي مدت زمان طولاني آنچه كه بعنوان منابع زيست توده گياهي شناخته ميشود بعنوان منبع انرژي مورد نياز بشر بوده است و اين دوره زماني را ميتوان عصر تأمين انرژي برپايه منابع زيست توده يا عصر زيست توده بناميم.
با كشف زغال سنگ و خواص احتراقي آن بهرهبرداري از آن بعنوان يك منبع توليد انرژي حرارتي توسعه يافت. اين امر با اختراع موتورهاي بخار كه تحول عظيمي در صنعت بوجود آورد و يكي از دلايل انقلاب صنعتي بودند شتاب بيشتري يافت. توسعه شبكههاي راه آهن با بهرهگيري از لوكومتيوهايي كه از سوخت زغال سنگ استفاده مينمودند نيز در شكوفايي عصر بهرهگيري از انرژي زغال سنگ تاثير فراواني داشتهاند. در واقع اين دوره زماني، عصر تأمين انرژي بشر بوسيله زغال سنگ يا عصر زغال سنگ ميباشد.
با كشف نفت و شناخت مزاياي آن نسبت به زغال سنگ بويژه درحوزه حمل و نقل به تدريج بهرهگيري از زغال سنگ روبه نزول نهاده و استفاده از نفت خام روند رو به رشد نهاد تا جائيكه در فاصله زماني كوتاهي بخش اعظم انرژي مورد نياز بشر از نفت خام و مشتقات حاصل از آن تأمين ميگرديد. بر مبناي اين روند سريع بود كه نفت خام بعنوان مهمترين ماده تأمين كننده انرژي بشر شناخته شد و اين دوره زماني را بايد بدون ترديد عصر نفت نام نهاد.
نفت خام از منابع محدودي تأمين ميگردد و امكان تداوم رشد مصرف آن با شتاب بسيار زياد براي مدت طولاني وجود ندارد. با درك اين مسئله، و بهرهگيري از منابع قابل حصول كه خواص احتراقي مشابه مشتقات نفت خام داشته باشند ضروري تشخيص داده شد. از اينرو استفاده از گازهاي همراه با نفت خام كه به راحتي تبديل به مايع ميشوند (LNG) رواج گرفت به همراه آن امكان بهرهگيري از منابع عظيم گاز طبيعي بويژه در شبكههاي گازرساني شهري و تامين سوخت نيروگاهها در كنار امكان استفاده از آن در خودرو ها سبب شده است تا به تدريج تمركز تأمين انرژي از نفت خام به سوي گاز طبيعي منتقل شده و عصر تأمين انرژي بر پايه گاز طبيعي شكل پذيرد.
تمام منابع مورد استفاده بشر جهت تأمين انرژي از هيدروكربنهاي زيستي گرفته تا زغال سنگ و نفت خام و گاز طبيعي هنگام مصرف به شكل احتراق، توليد آلايندههاي مختلف زيست محيطي مينمايند. عمدهترين اين آلايندهها عبارتند از CO، CO2، NOx و اكسيدهاي سولفور و ذرات معلق كه به تناسب با نوع منبع اوليه انرژي، مقادير مختلفي آنها در فضا منتشر ميگردند. روند لجام گسيخته بهرهگيري از منابع انرژي هيدروكربني و فسيلي موجب ازدياد آلايندههاي زيست محيطي شده است. برخي از اين آلايندهها نظير CO و NOx به صورت مستقيم بر روي سلامت بدن تأثير ميگذارند و برخي ديگر از آنها نظير CO2 با افزايش اثرات گلخانهاي سبب افزايش دماي كره زمين و ايجاد تغييرات غير طبيعي زيست محيطي نظير ذوب يخهاي قطبين و ازدياد سطح آب اقيانوسها و طوفانهاي مختلف ميگردند.
2- دلايل رويكرد به عصر هيدروژن
مجموعهاي از عوامل مختلف از جمله محدوديت منابع فسيلي، تاثيرات منفي زيست محيطي بهرهگيري از منابع هيدروكربني، افزايش قيمت سوختهاي فسيلي، منازعات سياسي و تاثيرات آن بر روي ارائه انرژي پايدار از جمله دلايلي هستند كه بسياري از سياستمداران و متخصصين مباحث انرژي و محيط زيست را به حركت به سوي ايجاد ساختاري نوين مبتني بر امنيت ارائه انرژي، حفظ محيط زيست، ارتقاء كارايي سيستم انرژي وادار نموده است. بر اين اساس هيدروژن يكي از بهترين گزينهها جهت ايفاي نقش حامل انرژي در اين سيستم جديد ارائه انرژي ميباشد.
هيدروژن بعنوان فراوانترين عنصر موجود در سطح زمين به روشهاي مختلف قابل توليد ميباشد. در يك سيستم ايدآل انرژي بر پايه هيدروژن با هدف تأمين امنيت ارائه انرژي، حفظ محيط زيست و ارتقاء كارايي سيستم انرژي، هيدروژن از الكتريسيته توليدي از منابع تجديدپذير نظير باد، خورشيد، زمين گرمايي و نظاير آن تولید شده و پس از ذخيره سازي و انتقال به محلهاي مصرف در كاربردهاي مختلف از جمله تجهيزات الكترونيكي كوچك (ميلي وات)، صنعت حمل و نقل و صنعت توليد الكتريسيته قابل بكارگيري است. با اين رويكرد بسياري بر اين باورند كه سوخت نهايي بشر هيدروژن بوده و بشر درآيندهاي نه چندان دور عصر هيدروژن را تجربه خواهد نمود.
عمل تبديل انرژي شيميايي موجود در هيدروژن به انرژي الكتريكي توسط دستگاهي به نام پيل سوختي انجام ميپذيرد كه متناسب با كاربرد و خواص ساختاري آنها، پيلهاي سوختي خود به انواع مختلف تقسيم ميشوند. در واقع اهميت فناوري پيل سوختي در يك سيستم انرژي بر پايه هيدروژن (عصر هيدروژن) به گونهاي است كه بسياري آنرا به لوكوموتيو قطار توسعه عصر هيدروژن تشبيه نمودهاند. علاوه بر فناوري پيل سوختي به عنوان مصرف كننده هيدروژن در عصر هيدروژن، فناوريهاي توليد، ذخيره سازي، عرضه و انتقال هيدروژن نيز از اجزاء اصلي ساختار انرژي اين عصر خواهند بود. دست يابي به ساختار عصر هيدروژن بر پايه انرژي اوليه از منابع تجديدپذير و حاصل انرژي هيدروژن اگرچه بسيار سودمند ميباشد، اما به علت مشكلات فني و اقتصادي و عدم امكان تغيير سريع ساختار موجود و جهش يكباره به ساختار هيدروژني، دست يابي به آن در آينده نزديك رخ نخواهد داد.
به منظور دستيابي به عصر هيدروژن ايجاد زنجيرهاي از زير ساختارها لازم است. اين زير ساختارها در حوزههاي مختلف توليد، ذخيره، انتقال و عرضه هيدروژن در كنار فناوريهاي مصرف هيدروژن (پيل سوختي) ميباشد. با توجه به مشكلات فني و اقتصادي مربوط به توسعه هر يك از فناوريهاي زير ساخت عصر هيدروژن، مطمئناً سرعت توسعه آنها به يك اندازه نخواهد بود با توجه به قابليتهاي گاز طبيعي براي توليد هيدروژن (هم اكنون بيش از 90% هيدروژن توليدي در جهان از گاز طبيعي است) توسعه زير ساختارهاي مربوط به گاز طبيعي ميتواند به ايجاد عصر هيدروژن كمك نمايد. در ميان مدت عصر هيدروژن مبتني بر تركيبي از توليد هيدروژن به صورت متمركز و يا غير متمركز از منابع تجديدپذير و فسيلي نظير گاز طبيعي، زغال سنگ و ... ،انتقال هيدروژن با گاز طبيعي به كمك خطوط لوله يا تانكرهاي ويژه خواهد بود. در اين دوره گذار با توسعه بهرهگيري از پيلهاي سوختي با قابليت استفاده مستقيم و غير مستقيم از سوختهاي مختلف نظير هيدروژن، گاز طبيعي، متانول زير ساختارهاي توليد، عرضه، ذخيره و مصرف هيدروژن نيز ارتقاء مييابند.
گاز طبيعي به علت وجود زير ساختارهاي قابل توجه توزيع آن به مراكز مختلف مصرف و قابليت بهرهگيري در برخي از انواع پيلهاي سوختي به صورت مستقيم يا به شكل غير مستقيم (به كمك ريفرمر)، در ساير پيلهاي سوختي يكي از محركهاي اصلي توسعه و ايجاد عصر هيدروژن خواهد بود. بديهي است هنگام بهرهگيري از گاز طبيعي و ساير منابع فسيلي جهت توليد هيدروژن ميبايد 2CO توليدي به صورت متمركز جمعآوري شده و در نقاط ويژهاي در قعر غارها يا كف اقيانوسها ذخيره شود. همچنين تجهيزات الكترونيكي كوچك نيز از متانول بعنوان سوختي كه قابليت بهرهگيري در برخي از انواع پيلهاي سوختي را دارد استفاده خواهند نمود.
به طور خلاصه اگرچه ايجاد زير ساختارهاي عصر هيدروژن و دست يابي به آن از مزاياي بسياري برخوردار است اما اين مهم در كوتاه مدت رخ نداده و لازم است كه زنجيرهاي از فعاليتهاي تحقيق و توسعه، ساخت نمونهها و احداث پايلوتهاي بررسي عملكردي، در كنار تلاش در جهت كاهش هزينههاي هر يك از اجزاء و ايجاد فرهنگ و بستر لازم جهت پذيرش اين فناوريهاي نوين انجام پذيرد.
بروزرسانی : جمعه 22 آذر 1387 ساعت: 15:57