مشاوره رایگان تحصیلی
منو

سوخت هیدروژن

: سوخت هيدروژن :

سوخت هيدروژن

دكتر توني فيليپس و استيو پرايس

ترجمه: سليمان فرهاديان


هيدروژن فراوان ترين عنصر طبيعت محسوب مي شود بنابراين دانشمندان در تلاش اند تا راهي بيابند كه بتوان از هيدروژن به عنوان سوخت در خودروها استفاده كرد.

آزمايشات انجام گرفته در ايستگاه فضايي بين المللي مي تواند حركت به سوي اقتصاد مبتني بر هيدروژن را تسريع كند. تصور كنيد براي سوخت گيري خودروتان به سمت جايگاه سوخت رساني حركت مي كنيد، دهانه لوله سوخت رساني را وارد مخزن سوخت خودرو مي كنيد، اما سوختي كه مصرف مي كنيد، از نوع سوخت هاي متداول نيست بلكه هيدروژن است. هيدروژن گازي بي رنگ و بي بو است كه از سوختن آن فقط بخار آب حاصل مي شود كه سريع و بدون هيچ خطري توسط محيط اطراف جذب مي شود. يك كيلوگرم از هيدروژن تقريباً سه برابر همين ميزان بنزين انرژي آزاد مي كند.

و اين در حالي است كه هيدروژن فراوان ترين عنصر طبيعت محسوب مي شود! پس جاي تعجب نيست كه چرا دانشمندان در تلاش اند تا راهي بيابند كه بتوان از هيدروژن به عنوان سوخت در خودروها استفاده كنند. ال ساكو مدير مركز توليد مواد پيشرفته تحت جاذبه ضعيف (CAMMP) در دانشگاه نورسسترون بوستون كه زير نظر ناسا مشغول فعاليت است در اين زمينه مي گويد: «ده ها شركت از جمله بزرگ ترين شركت هاي سازنده خودرو، موتورهايي را طراحي كرده اند كه از هيدروژن به عنوان سوخت استفاده مي كند. اين موتورها بسيار شبيه به موتورهاي احتراق داخلي هستند كه ما امروزه به طور گسترده اي از آنها استفاده مي كنيم. سلول هاي سوختي - يكي ديگر از منابع ممكن براي توليد نيرو در خودروها - نيز از هيدروژن استفاده مي كنند. براي آنكه استفاده از اين فناوري ها در زندگي روزمره ممكن شود، لازم است دانشمندان راهي براي ذخيره سازي و انتقال ايمن هيدروژن بيابند كه از لحاظ هزينه به صرفه بوده و با هزينه هاي استفاده از بنزين قابل مقايسه باشد.»

اما انجام اين كار چندان هم آسان نيست. گاز هيدروژن سبك و فرار است. مولكول هاي كوچك H2 از طريق روزنه ها و شكاف ها و همچنين از طريق بست ها و شيرها بسيار سريع نشت مي كنند و هنگامي كه از اين طريق خارج شدند خيلي زود تبخير مي شوند. هيدروژن چهار برابر سريع تر از متان و ده برابر سريع تر از بخارهاي بنزين نفوذ مي كند. اين مسئله در مورد حفظ ايمني دستگاه از اهميت بسيار زيادي برخوردار است چرا كه قطرات هيدروژن بسيار سريع تبخير شده و در محيط پراكنده مي شوند و مي توانند ايمني سيستم را به خطر اندازند. اين مسئله مي تواند براي هر كسي كه مي خواهد گاز هيدروژن را ذخيره كند، دردسرساز شود. هر چند كه هيدروژن مايع بسيار متراكم است و ذخيره سازي آن آسان به نظر مي رسد، اما در عين حال ذخيره كردن آن مي تواند مشكلاتي را نيز به همراه داشته باشد. هيدروژن حدوداً در دماي 20 درجه كلوين (253 درجه سانتي گراد) مايع مي شود. نگهداري از يك مخزن پر از هيدروژن مايع نيازمند استفاده از يك سيستم خنك كننده جانبي سنگين است، فعلاً استفاده از اين سيستم ها در خودروهاي مسافربري معمولي مقدور نيست. هيدروژن مايع چنان سرد است كه حتي مي تواند باعث منجمد شدن هوا نيز شود.

اين امر مي تواند به مسدود شدن شيرها و اتصالات منجر شود كه افزايش ناخواسته فشار را به همراه دارد. البته ممكن است گفته شود براي مقابله با انجماد هوا از سيستم هاي عايق كاري استفاده شود، اما اين كار نيز مشكلاتي را در پي دارد كه از جمله آنها مي توان به افزايش وزن سيستم ذخيره سازي سوخت اشاره كرد. با اين تفاسير چگونه مي توان بر مشكلات پيش رو غلبه كرد؟ ساده است: چند قطعه سنگ را در داخل مخزن سوخت قرا دهيد. البته در اين مورد نمي توان از سنگ هاي معمولي استفاده كرد بلكه بايد از سنگ هاي ويژه اي كه زئوليت (Zeolite) نام دارند استفاده كرد. ساكو در تشريح خواص اين سنگ ها مي گويد: «زئوليت ها موادي از جنس سنگ هستندكه بسيار متخلخلند و به همين دليل مي توانند به عنوان اسفنج هاي مولكولي عمل كنند. زئوليت ها در شكل كريستالي خود به صورت شبكه گسترده اي از حفره ها و شكاف هاي به هم پيوسته در نظر گرفته مي شوند كه بسيار شبيه كندوي زنبور عسل است. يك مخزن سوخت كه در ساختار آن از اين موارد كريستالي استفاده شده است، مي تواند گاز هيدروژن را «در حالت شبه مايع و بدون نياز به سيستم هاي خنك كننده سنگين» به دام انداخته و در خود ذخيره كند. ساكو و همكارانش در نظر دارند، با استفاده از كمك هاي برنامه توسعه توليدات فضايي ناسا كه در مركز پروازهاي فضايي مارشال مستقر است، ايده استفاده از زئوليت ها در مخزن سوخت را عملي سازند. نام زئوليت از كلمات يوناني «Zeo » به معناي جوشيدن و «lithos » به معناي جوشيدن مشتق شده است و معناي تحت اللفظي آن «سنگي كه مي جوشد» است. اين نام را به اين دليل به اين سنگ ها اطلاق مي كنند كه هنگامي كه تحت تاثير حرارت قرار مي گيرند، محتويات خود را خارج مي كنند. ساكو طرز كار مخزن هاي سوخت زئوليت دار كه در دما كنترل مي شود را اين گونه شرح مي دهد: «در ابتدا بايد مقداري يون هاي با بار منفي را به اين زئوليت ها بيافزاييم. اين يون ها مثل تشتك عمل مي كنند، درست مثل درپوش دوات؛ و بدين ترتيب حفره هاي موجود در شبكه كريستالي را مسدود مي كنند. مي توان با حرارت دادن زئوليت به ميزان بسيار جزيي يون ها را از مقابل اين حفره ها به كناري راند. مي توان زئوليت ها را از هيدروژن انباشته كرد و سپس دماي آن را به حالت عادي برگرداند، با اين كار يون ها به جاي قبلي خود برمي گردند و مانع خروج محتويات حفره ها مي شوند.»

حدود 50 نوع زئوليت مختلف با تركيب شيميايي و ساختار كريستالي متفاوت در طبيعت يافت مي شود، گذشته از اين شيميدان ها روش ساخت مصنوعي تعداد ديگري از آنها را دريافته اند. كساني كه گربه دارند ممكن است با اين مواد آشنايي داشته باشند. چرا كه از اين مواد به عنوان بوگير در بستر حيوان استفاده مي شود. ساكو خاطرنشان مي سازد: «با استفاده از زئوليت هاي موجود مي توان مقدار كمي از هيدروژن را ذخيره كرد، اما اين مقدار كافي نيست.» پس چه مقدار هيدروژن كافي است؟

تصور كنيد ديواره مخزن سوخت خودروي شما توسط سنگ هاي متخلخل و كريستالي پوشيده شده است و اين سنگ ها حدود 40 كيلوگرم وزن دارد. به جايگاه سوخت گيري مراجعه مي كنيد و متصدي جايگاه حدود 5/3 كيلوگرم هيدروژن را به مخزن پوشيده از زئوليت خودروي شما تزريق مي كند.از لحاظ نظري اين مقدار هيدروژن، هم از لحاظ وزني و هم از لحاظ مقدار انرژي ذخيره شده در آن برابر مخزني پر از بنزين است. ساكو خاطر نشان مي سازد: «اگر بتوان كريستال هايي از زئوليت توليد كرد كه بتواند حدود 6 تا 6 درصد از وزن خود را، هيدروژن ذخيره كند، آن وقت يك مخزن زئوليتي پر از هيدروژن مي تواند با يك مخزن معمولي پر از بنزين رقابت كند.» با اين همه بهترين زئوليت هاي موجود مي توانند فقط 2 تا 3 درصد از وزن خود را هيدروژن ذخيره كنند. در سال 1995 ساكو به عنوان يكي از متخصصين يك ماموريت به وسيله شاتل فضايي، كلمبيا (sts-73) به فضا مسافرت كرد. هدف وي از اين ماموريت اين بود كه بتواند زئوليت هايي با كيفيت بهتر را در فضا توليد كند. «در محيطهاي با گرانش كم، مواد با سرعت بسيار كمتري گرد هم مجتمع مي شوند و اين اثر باعث مي شود كه كريستال هاي زئوليت به وجود آمده هم بزرگ تر باشند و هم از نظم بيشتري برخوردار شوند.»

كريستال هاي زئوليت توليد شده در زمين بسيار كوچك هستند و ضخامت آنها در حدود 2 تا 8 ميكرون است. اين مقدار حدود يك دهم ضخامت موي انسان است. اما كريستال هايي را كه ساكو توانست در فضا تهيه كند هم ده مرتبه بزرگ تر بودند و هم ساختار داخلي مناسب تري داشتند و اين شروع مسرت بخشي بود.

ساكو مي گويد: «مراحل بعدي كار را بايد در ايستگاه فضايي بين المللي انجام داد.» ساكو و همكارانش يك كوره توليد كريستال هاي زئوليت ساخته اند، كه در ابتداي سال 2002 در ايستگاه فضايي بين المللي نصب شده است. كن بوور ساكس فرمانده يكي از ماموريت هاي ايستگاه فضايي بين المللي از اين كوره براي توليد چند نمونه از كريستال ها استفاده كرده است. كن در حين كار مجبور بود بعضي از مشكلات غيرمنتظره به وجود آمده هنگام اختلاط محلول هاي به كار رفته در رشد كريستال ها را حل كند - اين امر ارزش حضور انسان در هنگام آزمايشات فضايي را نشان مي دهد - اما از آن پس آزمايشات مربوط به اين گونه كريستال ها با سرعت كمتري به پيش مي رود. ساكو مي گويد در مرحله بعد بايد كريستال هاي توليد شده در فضا را به زمين منتقل كرد و آزمايشات مربوطه را روي آنها انجام داد. البته وي خاطرنشان مي سازد كه هدف آنها توليد انبوه كريستال هاي زئوليت در فضا نيست، چرا كه اين كار - حداقل فعلاً - مقرون به صرفه نيست. وي مي گويد ما فقط مي خواهيم دريابيم آيا مي توان زئوليت هايي را ساخت كه بتوانند هفت درصد از وزن خود را هيدروژن ذخيره كنند يا خير؟ اگر بتوان اين كار را در فضا انجام داد، آن وقت مي توان با اتخاذ تدابير ويژه اي دريافت كه چگونه همين فرآيند را در زمين به گونه مشابهي انجام داد.

در تمام طول دوره انجام اين تحقيقات ساكو در فكر تغيير مصرف سوخت و تحول جهاني از سوخت هاي فسيلي به سمت سوخت هيدروژني بود. اين ايده رويايي بزرگ است اما مي توان به آن دست يافت. زئوليت ها مي توانند به عنوان نكته كليدي براي استفاده از سوخت هيدروژن و رد شدن از سد مشكلات فناوري محسوب شوند. به زودي اين ايده فراگير خواهد شد، آن وقت احتمالاً كسي از شما خواهد پرسيد... «آيا در اين نزديكي جايگاه سوخت هيدروژن وجود دارد؟»

منبع1: FirstS Science

منبع2: همشهري

منبع3: CPH Theory





www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● تحصیل در کانادا
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
سوالی پیش پا افتاده در تداخل ویرانگر دو موج نور (4 پاسخ)
مقایسه فونون و فوتون (8 پاسخ)
پایان نسبیت اینشتین با حل دقیق معادلات خود او ( فیزیک مطلق) (26 پاسخ)
مطابق فیزیک مطلق، انبساط جهان توسط نیروی دافعه بین اجرام (7 پاسخ)
اثبات حیرت اور فیزیک مطلق بر اثر سیارات روی سینگال های زمینی (12 پاسخ)
حل معمای بزرگ دویصد سالۀ تاج خورشیدی با فیزیک مطلق (1 پاسخ)
سوال از تبدیل ماده به انرژی (24 پاسخ)
نمایی از کهکشان مارپیچی M101 (0 پاسخ)
مغناطیسه کردن یک سیال در حال عبور از یک لوله (0 پاسخ)
انفجار فیزیک توسط عدم برابری بار الکتریکی الکترون و پروتون (0 پاسخ)
دانشجویان فوتونیک و مهندسی اپتیک و لیزر خود را معرفی کنید (26 پاسخ)
بیگ بنگ و سیاهچاله ها (3 پاسخ)
فرمول برای تعیین قدرت عدسی (3 پاسخ)
نواحی در بسط لوران (19 پاسخ)
زمین تخت گرایان (117 پاسخ)
غبار و نور ستاره‌ای در سحابی M78 (0 پاسخ)
کاوشگر ژاپنی از یک سیارک نمونه‌برداری کرد! (0 پاسخ)
فشار برحسب واحد مارتینی (0 پاسخ)
معما های سخت (333 پاسخ)
خورشید در آرامش (0 پاسخ)
پاک شدن ویروس اچ‌آی‌وی پس از پیوند سلول‌های بنیادی (0 پاسخ)
واضح‌ترین عکس از اولتیما تولی (0 پاسخ)
تصاویر نجومی (1989 پاسخ)
بهترین سایت هایی که تا حالا رفتید اینجا قرار بدید (108 پاسخ)
آیا این یک پارادوکسه؟! (1 پاسخ)
کیهان و کائنات؛ فیزیک یا ریاضی؟ (9 پاسخ)
فیزیکدانان و شکار ذرات شبح‌وار (0 پاسخ)
اثر میدان مغناطیسی زمین در مدار زمین آهنگ چگونه است؟ (0 پاسخ)
در جستجوی جرم گمشده کیهان (0 پاسخ)
شاید “ماده تاریک” اصلا وجود نداشته باشد! (0 پاسخ)
۱۴ سال نگاه به ساعت برای اثبات نظریه نسبیت اینشتین (1 پاسخ)
پایان ۱۵ سال کاوش در مریخ (0 پاسخ)
سوال در مورد پرتاب موشک ماهواره بر و چرخش فیلم (1 پاسخ)
میدان دید عریض از خورشید گرفتگی (0 پاسخ)
تصویر های دانشیک (93 پاسخ)
“سیاهچاله‌ها” در کیهان نخستین چگونه شکل گرفتند؟ (0 پاسخ)
اندیس بالانویس (8 پاسخ)
نمای یک کهکشان از لبه (0 پاسخ)
کهکشان راه شیری واقعأ یک دیسک مسطح نیست! (0 پاسخ)
یادگیری فیزیک را از کجا شروع کنم؟ (4 پاسخ)
قانون پایستگی انرژی در مغناطیس (1 پاسخ)
دانشمندان راهی برای سنجش جاذبه مریخ یافتند (0 پاسخ)
آیا اعداد اول فرمول دارند؟ (36 پاسخ)
شروع یادگیری فیزیک برای علاقه مندان (27 پاسخ)
سینماتیک سطح شیبدار (8 پاسخ)
کشف یک کهکشان کوچک بصورت تصادفی (0 پاسخ)
اولین عکس از سیاهچاله تقریبا آماده است! (0 پاسخ)
دو ماشین اگر باهم برخورد کنن کمتر صدمه می‌بینند یا به دیوار؟ (62 پاسخ)
خازن باردار (5 پاسخ)
رد نظریه خمیدگی فضا و زمان (6 پاسخ)
برخی آزمایش‌های فیزیک و دلایل آنها (0 پاسخ)
مساحت قسمتی از سطح یک کره چطور محاسبه می‌شود؟ (9 پاسخ)
نیروی کشسانی فنر (2 پاسخ)
جریان ac و dc (2 پاسخ)
نظر شما درباره ی شکست تقارن ماده و ضد ماده (0 پاسخ)
سرعت اسپین الکترون (1 پاسخ)
خواص ذرات و تعمیمش به خواص جهان (0 پاسخ)
ایجاد خلا در لیوان توسط آتش (8 پاسخ)
آیا ریل‌های قطارهایی که مگلو نیستند هم آهنربا می‌شوند؟ (3 پاسخ)
پیشنهاد سرن برای ایجاد یک برخورد دهنده بزرگتر (0 پاسخ)
مقالات فیزیک
خوردن قارچ‌های جادویی شما را خلاق‌تر می‌کند!
یادگیری این ترفند جالب ریاضی را از دست ندهید!
آیا جدول زمانی فرگشت را باید از نو نوشت؟
شواهدی از اجرام جدید در کمربند کویپر!
پایان زندگی ستاره‌های غول‌پیکر
چرا برخی از سال‌ها، دمای زمین بیشتر می‌شود؟
عواقب کم بودن فشار باد تایر اتومبیل
تصویری از جرم سرگردان میان‌کهکشانی!
آیا هوش‌مصنوعی به خودآگاهی خواهد رسید؟
دوقلوهای نیمه‌همسان چگونه به‌وجود می‌آیند؟
دندانی که درون بینی رشد کرده است!
ساخت اتم‌های ضدماده در آزمایشگاه
آیا فضاپیمای اسرائیلی با موفقیت به سطح ماه خواهد رسید؟!
راز هم‌ترازی اهرام مصر فاش شد!
شباهت جالب نئاندرتال‌ها با انسان‌های امروزی
اندازه‌گیری چگالی ماده‌ی تاریک در جهان
به تماشای واضح‌ترین عکس از اولتیما تولی بنشینید
به کمک نانوتکنولوژی، دید انسان افزایش خواهد یافت
مسابقه‌ی علمی هفتگی شماره‌ی ۱۸
تاثیر تغییرات آب و هوایی بر زندگی ماهی‌گیران!
چرا باید فرض کنیم حیوانات خودآگاهی دارند؟
گوش دادن به موسیقی خلاقیت را نابود می‌کند!
تلسکوپ گانیمد آغاز به‌کار کرد
سلول‌های چربی سفید، ساعت درونی خودشان را دارند
وزن کهکشان راه‌شیری چقدر است؟
ساخت ماده‌ی بیولوژیکی جدید در ابعاد میکروبی!
فرزند بیشتر روند پیری را کندتر می‌کند!
کشف قدیمی‌ترین کوتوله‌ی سفید در کیهان
تاثیر مهندسی سلول‌ها بر درمان سرطان
بی‌ام‌و سری۳ جدید، سربلند در اولین آزمایش بین‌المللی
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
مصاحبه‌ی اختصاصی مجله علمی ایلیاد با پدر نجوم آماتوری ایران (0+)
بلوغ هیوندای اکسنت پس از پنج نسل (0+)
درمان دیابت نوع یک با کمک سلول‌های بنیادی (0+)
شاید انرژی تاریک مقدار ثابتی نداشته باشد! (0+)
چقدر زمان برای شاد بودن لازم داریم؟ (0+)
دارویی برای درمان ۶ نوع تومور سرطانی (0+)
آیا سگ‌های بزرگ باهوش‌تر از سگ‌های کوچک هستند؟ (0+)
دانشمندان گرانش مریخ را اندازه‌گیری کردند (0+)
نیکوتین چگونه یک سیگاری را معتاد می‌کند! (0+)
نسل جدید سلول‌های خورشیدی (0+)
تشکیل موج‌های آلفون در اطراف خورشید (0+)
ساخت یک ساندویچ در ابعاد مولکولی (0+)
مسابقه‌ی علمی هفتگی شماره‌ی ۱۵ (0+)
چرا ما سکسکه می‌کنیم؟ (0+)
نتیجه‌ی مخالفت با واکسیناسیون؛ رشد ابتلا به سرخک (0+)
ادامه ...