در این مقاله درباره سوخت هیدروژنی، چگونگی تولید، بهره گیری، مزایا و معایب آن صحبت کردیم. حال قصد داریم به یکی از چالش های بزرگ که مربوط به ذخیره سازی سوخت هیدروژن است بپردازیم.
چالشی بزرگ به نام ذخیره سازی هیدروژن
ذخیرهسازی هیدروژن یکی از چالشهای اصلی در مسیر استفاده گسترده از این سوخت پاک است. هیدروژن بهصورت گاز بسیار سبک است و نیاز به فشار بالا یا سرمای شدید برای ذخیره دارد که هزینهبر و خطرناک است. روشهای جامد هم معمولاً به دمای بالا و انرژی زیاد برای آزادسازی هیدروژن نیاز دارند.
محققان در مؤسسه فدرال فناوری لوزان (EPFL) و دانشگاه کیوتو موفق به تولید مایعی غنی از هیدروژن شدهاند که در دمای اتاق پایدار باقی میماند.
این مایع که از ترکیب دو ماده شیمیایی ساده به دست آمده، یکی از بزرگترین موانع استفاده گسترده از هیدروژن بهعنوان یک منبع سوخت پاک را برطرف میکند.
محققان در بیانیهای اعلام کردند:
«هیدروژن میتواند سوخت پاک آینده باشد، اما رساندن آن از آزمایشگاه به زندگی روزمره کار سادهای نیست.»
آنها توضیح دادند که اکثر مواد غنی از هیدروژن در دمای اتاق به شکل جامد هستند یا تنها تحت شرایط شدید مانند فشار بالا یا دمای بسیار پایین (سرما) به حالت مایع در میآیند.
در حال حاضر، رایجترین روشها شامل فشردهسازی گاز هیدروژن در مخازن سنگین و حجیم با فشار بالا یا سرد کردن آن تا دمای −۲۵۳ درجه سانتیگراد (حالت مایع کرایوژنیک) است که فرایندی بسیار پرمصرف از نظر انرژی بهشمار میرود.
هرچند مواد جامد نیز میتوانند هیدروژن را ذخیره کنند، اما معمولاً برای آزادسازی آن نیاز به دمای بالا دارند و ممکن است محصولات جانبی ناخواسته ایجاد کنند. اما این مایع جدید جایگزینی بالقوه برای این روشها ارائه میدهد.
ترکیب دو ماده ساده
تیم تحقیقاتی این مایع را با ترکیب فیزیکی دو ماده شیمیایی ساده تولید کرد: آمونیا بُران (ammonia borane) و تترابوتیلامونیوم بورهیدرید (tetrabutylammonium borohydride).
پس از آزمایش نسبتهای مختلف، مشخص شد که ترکیبی حاوی ۵۰٪ تا ۸۰٪ آمونیا بوران، یک مایع شفاف و پایدار تولید میکند.
این فرمولاسیون تا ۶.۹٪ هیدروژن وزنی در خود دارد که از هدف تعیینشده برای مواد ذخیرهساز هیدروژن در سال ۲۰۲۵ توسط وزارت انرژی آمریکا پیشی میگیرد.
این ماده جدید، نخستین نمونه از یک «حلال یوتکتیک عمیق مبتنی بر هیدرید» (hydride-based deep eutectic solvent – DES) محسوب میشود. یک DES ترکیبی از موادی است که وقتی با هم ترکیب میشوند، نقطه ذوب آنها بسیار پایینتر از هر یک از اجزای منفرد آنها میشود.
در این مورد، تحلیل طیفسنجی نشان داد که پیوندهای هیدروژنی قوی میان مولکولهای دو مادهی اولیه ایجاد میشود. این پیوندها ساختار بلوری منظم را که باعث جامد شدن مواد در دمای اتاق میشود، به هم میزنند و باعث میشوند مخلوط به حالت مایع (آمورف) باقی بماند.
افقهای جدید در پژوهشهای هیدروژن
مایع بهدستآمده پایدار است و حتی در صورت سرد شدن نیز متبلور نمیشود؛ بلکه تنها زمانی که دما به زیر منفی ۵۰ درجه سانتیگراد برسد، به یک جامد غیربلوری شیشهای (glass transition) تبدیل میشود.
در بیانیه همچنین آمده است:
«در صورت خشک نگه داشتن، این مخلوط تا چند هفته پایدار باقی میماند و چگالی آن از پایینترین مقادیر گزارششده برای مایعات مشابه است.»
ویژگیهای عملکردی این مایع نیز چشمگیر است. این مایع هنگام گرم شدن تا دمای نسبتاً پایین ۶۰ درجه سانتیگراد، گاز هیدروژن خالص آزاد میکند. این مقدار انرژی بهمراتب کمتر از بسیاری از مواد جامد ذخیرهساز هیدروژن است.
محققان تأکید کردند:
«این یعنی هیدروژن را میتوان آسانتر و کارآمدتر بهدست آورد، که استفاده و ذخیرهسازی آن را برای کاربردهای دنیای واقعی بسیار عملیتر میکند.»
آزمایشها نشان دادند که تنها بخش آمونیا بوران در ابتدا تجزیه میشود تا گاز هیدروژن آزاد کند، که این امکان را مطرح میکند که ماده دیگر — تترابوتیلامونیوم بورهیدرید — بتواند بازیابی و دوباره استفاده شود.
جمع بندی
ذخیرهسازی ایمن و کارآمد هیدروژن همواره یک چالش بزرگ بوده است، اما کشف یک مایع پایدار در دمای اتاق توسط محققان EPFL و کیوتو، افقی نو در این مسیر گشوده است. این نوآوری میتواند مسیر استفاده از هیدروژن بهعنوان سوخت پاک را هموارتر و کاربردیتر کند.
منبع: https://interestingengineering.com/energy/hydrogen-breakthrough-achieved-room-temperature-liquid
تاریخ ارسال: 1404/04/26 |
تمامی حقوق برای آکادمی مکانیک محفوظ است.