دور نمای اقتصادی هیدروژن

چکیده :
انسان در گذر زمان دوره های متفاوتی را از لحاظ تاریخی ، اقتصادی ، اجتماعی گذرانیده است . دوران کشاورزی ، صنعت کامپیوتر ، فضا و ... دوره آینده را به چه نام می توان نام گذاری کرد؟ گزاف نخواهد بود که از دوره آینده به عصر هیدروژن نام ببریم . یک حامل انرژی با استانداردهای بسیار استثنایی در زمینه تولید انرژی و هماهنگ با محیط زیست و قابل دسترسی به طور عمده . در عصری که همه ما از اثرات جانبی مصرف سوختهای فسیلی از جمله گرم شدن زمین،پخش آلاینده ها و اتمام این سوختها نگرانیم ، هیدروژن می تواند با توجه به قابلیت های زیادی که دارد و نیز تمیز بودن که شامل عدم تولید محصولات جانبی مخاطره آمیز برای محیط زیست است ، مورد توجه قرار گیرد. براین اساس سرمایه گذاریهای فراوانی در کشورهای مختلف انجام گرفته است، حتی بعضی از کشورها برنامه های بزرگ و مرتبی از سالها پیش ارائه و به اجرا درآورده اند که از آن جمله می توان به آمریکا ، ایتالیا، آلمان و ژاپن اشاره کرد.
مقدمه :
سرمایه گذاریهای فراوانی در زمینه تولید هیدروژن ، مایع سازی ، ذخیره سازی و حمل ونقل آن و نیز سیستمهای پیل سوختی (Fuel Cell) که دارای راندمان بالایی باشد در حال انجام است. شرکتهای بزرگ با توجه به مسایل زیست محیطی و اعمال تعرفه های مالیاتی زیاد به محصولات آلوده کننده محیط زیست و نیز بعضی حمایتهای مالی دولتها در زمینه پیشرفت سیستمهای سبز و استفاده از انرژیهای تجدید پذیر ، علاقمندی خاصی به استفاده از هیدروژن بعنوان حامل انرژی از خود نشان می دهند . با توجه به اینکه در یک پیل سوختی بوسیله واکنش شیمیایی که بین هیدروژن و اکسیژن انجام می گیرد ، الکتریسیته تولید می شود و محصولات جانبی بی خطری مثل بخار آب دارد ، در نتیجه این روش بسیار مورد توجه گروههای سبز قرار گرفته است. راندمان این پیل ها حدود ۵۰% است که این در مقابل دیگر روشهای الکتریسیته رقم بالایی محسوب می شود.
شرکتهای ماشین سازی مانند دایملر ، کرایسلر ، جنرال موتورز فلوکس ، ... و شرکتهای کامپیوتری مانند Toshiba،NEC،… و تعداد بیشماری از شرکتها ، پیل سوختی بعنوان تامین کننده انرژی محصولات خود در آینده می بینند و تعدادی از محصولات خود را نیز به صورت آزمایشی در مواردی به صورت عملی وارد بازار فروش کرده اند.
تحقیق در زمینه های تولید و ذخیره سازی هیدروژن بسیار ضروری به نظر می رسد. اما مشکلاتی نیز در این رابطه وجود دارد :
۱- هزینه زیاد بهره برداری از این طرحها
۲- عدم آینده نگری بعضی از کشورها و مردم
۳- مساله امنیت استفاده
هیدروژن از روشهای مختلفی بدست می آید که این روشها بر اساس منابع کشورهای مختلف متفاوت است . کشورهای دارای نفت و گاز این قابلیت را دارند که هیدروژن را طی فرآیندهایی از این منابع بدست آورند . اما دیگر کشورها باید از منابع معدنی یا الکترولیز آب و ... برای بدست آوردن آن اقدام کنند. تعدادی از روشهای تولید هیدروژن به صورت زیر می باشد :
۱- الکترولیز آب
۲- رادیولیز آب
۳- فوتولیز
۴- از هیدروژن سولفید
۵- تبدیل Biomass
۶- Reforming گاز طبیعی
۷- اکسیداسیون جزئی نفت سنگین
۸- گازی کردن زغال سنگ
۹- ترمولیز آب
برای تولید هیدروژن به ازای هر ۲/۱ – ۴/۱ واحد انرژی الکتریسیته ای که از منابع فسیلی مصرف می شود. یک واحد انرژی ذخیره شده در هیدروژن بدست می آید که این با توجه به فرض راندمان ۷۵% الکترولیز آب و ۸۵% ریفورمینگ است. بر این اساس قیمت تولید هیدروژن از گاز طبیعی از ۶/۵ دلار - ۱۰/۶ دلار برای تولید از زغال و ۱/۲۰ دلار برای تولید هیدروژن از الکترولیز آب به ازای هر گیگا ژول است . در مرحله بعد هیدروژن باید کاهش حجم پیدا کند تا قابل ذخیره سازی گردد. انرژی لازم در این زمینه حدود ۲/۷% HHV(Higher Heating Value) است که بر اساس ۵ مرحله فشرده سازی برای هزار کیلو گرم هیدروژن در ساعت بین فشار ۱ تا ۲۰۰ بار است ، این مقدار برای فشار ۸۰۰ بار جهت استحصال ۱۰۰۰ کیلوگرم هیدروژن مایع در ساعت حدود ۶۰ MJ است . این انرژی با توجه به سایز سیستم تولیدی قابل کاهش تا ۴۰ MJ است. برای واحدهای تولید با حجم بالا مثل (۱۰۰۰۰ Kg/hr ) در حدود ۳۰ % HHV هیدروژن است.
با آنالیزهایی که انجام گرفته است می توان نتیجه گرفت که بیشتر مشکلات عملیاتی بخاطر خواص هیدورژن می باشد ، که با وجود تحقیق و پیشرفتهای تکنولوژی ، هنوز امکان رفع آن موجود نمی باشد . ما باید بپذیریم که هیدروژن بعنوان سبک ترین گاز موجود دارای شرایط مناسبی برای بازار انرژی و تولید ، بسته بندی ، ذخیره سازی ، حمل و نقل و تحویل نیست. ولی انسان نمی تواند انرژی برای اهداف عالی و ایده آل خود هدر دهد . در حال حاضر یکی از بهترین راه حلهای ذخیره سازی انرژی می تواند استفاده از هیدروژن باشد. راه حل دیگر می تواند تولید هیدروژن در مکانی نزدیک به محل استفاده باشد که در حقیقت این روش هزینه های حمل و نقل و ذخیره سازی را کم کرده و یا از بین می برد. در واقع هیدروژن را می توان بعنوان اتصال دهنده انرژی فیزیکی ، منابع تجدید پذیر و انرژی شیمیایی و همچنین بهترین سوخت و در واقع سوختی ایده آل برای دستگاهای جدید تولید انرژی به صورت تمیز مانند پیل سوختی و موتورهای هیدروژنی شناخت.

رضا حسینی
کارشناس مهندسی شیمی
سازمان انرژی های نو ایران (سانا)
واحد هیدروژن
نشریه فرآیند – نشریه علمی مهندسی شیمی و نفت دانشگاه صنعتی شریف
شماره ششم ، بهار ۸۳

منبع : پایگاه اطلاع رسانی عسلویه