همانطور که جهان به سمت دستیابی به اهداف انتشار صفر خالص کربن حرکت می کند، سوخت هیدروژن به عنوان یکی از گزینه های جایگزین برای رها شدن از سوخت های فسیلی مطرح شده است.
به گزارش تکناک، تا جایی که می دانیم، مطالعه‌ای توسط تیمی از محققان دانشگاه لوند در سوئد، یک نوع از سوخت خودرو را پیشنهاد کرده که از مایع تبدیل شده به هیدروژن توسط یک کاتالیزور جامد ساخته شده است.
سیال هدر رفته سپس از مخزن تخلیه می شود و با هیدروژن یا H (hydrogen : chemical element with symbol H and atomic number 1; lightest and most abundant substance in the universe) شارژ می شود و پس از آن ممکن است در یک سیستم چرخشی با انتشار کربن صفر مورد استفاده مجدد قرار گیرد.
گاز هیدروژن نسبت چگالی انرژی به وزن بالای 33 کیلووات ساعت بر کیلوگرم دارد که در مقایسه با 13 کیلووات ساعت بر کیلوگرم برای بنزین و 0.25 کیلووات ساعت بر کیلوگرم برای باتری های لیتیوم یون، قابل توجه است. به همین دلیل است که خودروهای الکتریکی برد محدودی دارند.
با این حال، هیدروژن گازی با چگالی حجمی فوق‌العاده کم در شرایط جوی است، بنابراین ذخیره‌سازی آن آسان نیست. به گفته این تیم، یافتن روش‌های جدید برای ایجاد، ذخیره و تبدیل انرژی برای به حداقل رساندن انتشار دی‌اکسید کربن از سوخت‌های فسیلی برای کاهش تغییرات اقلیمی حیاتی است.
کاتالیزور کارآمد
پیشنهاد شده است که هیدروژن در مواد مایع ذخیره شود تا مزایای قابل توجه سوخت های مایع مانند بنزین و گازوئیل مانند ایمنی نسبی، سوخت گیری سریع، چگالی انرژی بالا و سازگاری با زیرساخت های فعلی حفظ شود.
این حامل های هیدروژن آلی مایع (LOHC) باید از طریق یک راکتور کاتالیزوری جریان داشته باشد که هیدروژن را آزاد می کند و آن را به یک پیل سوختی منتقل می کند.
از آنجایی که مفهوم LOHC وجود داشته است، چالش پیش روی تیم ابداع کارآمدترین کاتالیزور برای استخراج هیدروژن از مایع بود. طراحی کاتالیزور به صورتی است که باید با مایعی که قبلا” با هیدروژن شارژ شده عملکرد داشته باشد. مایعات مورد استفاده عبارتند از ایزوپروپانول و 4-متیل پیپریدین که از طریق یک کاتالیزور جامد (کمپلکس گیره ایریدیوم ناهمگن) که هیدروژن را استخراج می کند، عبور می کنند. سپس ممکن است در یک پیل سوختی مورد استفاده قرار گیرد و سوخت شیمیایی را به انرژی تبدیل کند در حالی که مایع مصرف شده به مخزن دیگری منتقل می شود. آب تنها عامل انتشار در این فرآیند است.
پس از آن، مایع هدر رفته ممکن است قبل از سوخت گیری با مایع شارژ شده جدید، در یک ایستگاه سوخت تخلیه شود. این به احتمال زیاد به معنای تولید در مقیاس بزرگ مواد در مقیاسی شبیه به پالایشگاه‌های نفت امروزی است. اولا ونت، استاد گروه شیمی در دانشگاه لوند و یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه ای گفت: ما بیش از 99 درصد از گاز هیدروژن موجود در مایع را تبدیل کردیم.
استفاده در خودروهای بزرگتر
محققان همچنین محاسبه کرده اند که آیا این سوخت ممکن است در وسایل نقلیه بزرگتر مانند اتوبوس، کامیون و هواپیما استفاده شود یا خیر؟ این تیم تخمین زده است که با مخازن بزرگ‌تری که دارند، این وسایل نقلیه ممکن است بتوانند تقریباً همان مسافتی را که یک مخزن گازوئیل در اختیار دارند طی کنند. همچنین می تواند به تبدیل انرژی حدود 50 درصد بیشتر از هیدروژن فشرده کمک کند.
با این حال، چند چالش باقی مانده است. یکی اینکه کاتالیزور عمر نسبتا کوتاهی دارد. نکته دیگر این است که فلز اساسی کاتالیزور، ایریدیوم، ارزشمند است. با این حال، محققان تخمین می زنند که مقدار مورد نیاز حدود دو گرم ایریدیوم در هر خودرو باشد. وندت گفت: این مقدار را می‌توان با مبدل‌های کاتالیزوری پاک‌کننده اگزوز امروزی که حاوی حدود سه گرم پلاتین، پالادیوم و رودیوم هستند، مقایسه کرد.
این تیم همچنین امیدوار است که «هیدروژن سبز» بیشتری با تقسیم آب با کمک انرژی های تجدیدپذیر تولید شود. استفاده از چنین هیدروژنی واقعاً این فرآیند را سازگارتر با آب و هوا خواهد کرد. در مقابل، تخمین زده می شود که 98 درصد از کل هیدروژن تولید شده در حال حاضر مبتنی بر فسیل است که از گاز طبیعی به دست می آید.
به گفته تیم، روش پیشنهادی تنها یک راه حل فنی است که بر اساس تحقیقات بنیادی بنا شده است. اگر انتخاب برای دنبال کردن یک محصول کامل باشد. وندت احساس می‌کند که اگر از نظر تجاری قابل دوام باشد و علاقه کافی از سوی جامعه وجود داشته باشد، این مفهوم ممکن است در 10 سال آینده آماده شود.
این مطالعه در مجله Chemistry Europe منتشر شده است.
