هیدروژن و منابع انرژی آینده

در مطلب قبل آموختیم که سوخت های فسیلی، قبل و یا در طول دوران زندگی دایناسورها از بقایای گیاهان و حیوانات مرده، تشکیل شده اند. بقایای کالبد تجزیه شده این موجودات به تدریج در طول سال ها تغییر شکل یافته و به ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تبدیل می شود. تشکیل سوخت های فسیلی میلیون ها سال به طول می انجامد. سوختی که ما اکنون از آن استفاده می کنیم، بیش از 65 میلیون سال پیش تشکیل شده است. سوخت های فسیلی را نمی توان دوباره مورد استفاده قرار داد یا این که آن ها را مجدداً تولید کرد. ما می توانیم با یافتن راه های جدید برای جایگزین کردن انرژی هایی مثل خورشید و باد که ظاهراً " منابع پایان ناپذیر " هستند ، سوخت های فسیلی را ذخیره کنیم.

ما نمی توانیم برای همیشه از سوخت های فسیلی استفاده کنیم زیرا آن ها غیر قابل تجدید بوده و منابعشان محدود است. برخی از افراد پیشنهاد می کنند که ما باید از هیدروژن استفاده کنیم.

هیدروژن یک گاز بی رنگ و بی بو است که 75 درصد از جرم کل جهان را تشکیل داده است. هیدروژن در کره زمین تنها در ترکیب با سایر عناصر مانند اکسیژن، کربن و نیتروژن یافت می شود. برای استفاده از هیدروژن ، باید آن را از عناصر دیگر جدا کرد.

امروزه، هیدروژن عمدتاً در تولید آمونیاک ، پالایش نفت و ساخت متانول مورد استفاده قرار می گیرد. از هیدروژن در برنامه فضایی ناسا، به عنوان سوخت در سفینه های فضایی و در پیل های سوختی که گرما ، برق و آب آشامیدنی برای فضانورد تولید می کنند نیز استفاده می شود. پیل های سوختی ابزار هایی هستند که هیدروژن را مستقیماً به برق تبدیل می کنند. در آینده ، می توان از هیدروژن به عنوان سوخت خودرو ها و هواپیما ها استفاده نموده و نیز با به کارگیری از این عنصر، برق مصرفی خانه ها و ادارات را تأمین کرد.

هیدروژن را می توان با حرارت دادن مولکول های هیدرو کربن، در فرآیندی تحت عنوان "تبدیل" هیدروژن به دست آورد. در این فرآیند هیدروژن از گاز طبیعی گرفته می شود. با استفاده از جریان الکتریکی نیز می توان آب را در فرآیندی به نام الکترولیز به اجزای سازنده خود یعنی اکسیژن و هیدروژن جداسازی نمود. برخی از جلبک ها و باکتری ها، از نور خورشید به عنوان منبع انرژی استفاده کرده و تحت شرایط خاصی هیدروژن آزاد می کنند.

هیدروژن به عنوان سوخت، انرژی زیادی دارد، در عین حال ماشینی که سوخت آن هیدروژن خالص باشد هیچ آلودگی تولید نمی کند. ناسا از دهه 1970، برای به حرکت در آوردن راکت ها، و در حال حاضر برای فرستادن سفینه های فضایی به مدار زمین، از هیدروژن مایع استفاده می کند. پیل های دارای سوخت هیدروژن، نیروی لازم سیستم های الکتریکی سفینه های فضایی را تأمین کرده و محصول جانبی این فرآیند، آب خالصی است که توسط سرنشینان خدمه به عنوان آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرد.

شما می توانید پیل سوختی را مانند باتری در نظر بگیرید که می توان به طور مداوم با اضافه کردن سوخت ، آن را شارژ کرد به نحوی که هرگز شارژ آن تمام نشود.

کاربرد های پیل های سوختی

پیل های سوختی یک فن آوری امیدوار کننده هستند که می توانند به عنوان منبع گرما و الکتریسیته در ساختمان ها، و به عنوان یک منبع توان الکتریکی در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار گیرد.

شرکت های خودرو سازی در حال حاضر بر روی ساخت ماشین ها و کامیون هایی کار می کنند که مجهز به پیل های سوختی باشند. در پیل سوختی خودرو ها، یک ابزار الکتروشیمیایی وجود دارد که هیدروژن (ذخیره شده در برد سیستم) و اکسیژن هوا را به الکتریسیته تبدیل کرده، موتور الکتریکی اتومبیل را به حرکت در آورده و توان آن را تأمین می کند.

گرچه استفاده از این کاربرد های ایده آل برای هیدروژن خالص، اندکی دور از انتظار به نظر می رسد، اما در مقیاس واقعی و نزدیک به آن می توان به سوخت هایی مانند گاز طبیعی ، متانول و یا حتی بنزین اشاره کرد. اصلاح این نوع سوخت ها برای تولید هیدروژن، امکان استفاده در بسیاری از زیرساخت های فعلی انرژی، مانند پمپ بنزین ها، لوله کشی های گاز طبیعی و غیره، را برای ما فراهم می کند. این در حالی است که استفاده از سلول های سوختی در مرحله بهره برداری است.

در آینده، هیدروژن نیز می تواند مانند برق به عنوان یک حامل مهم انرژی محسوب شود. حامل انرژی، انرژی را ذخیره و منتقل کرده و آن را به صورت قابل استفاده ای در اختیار مصرف کنندگان قرار می دهد.

منابع قابل تجدید انرژی، مانند انرژی نورانی خورشید، نمی تواند در همه اوقات انرژی تولید کند. خورشید همیشه نمی تابد. اما هیدروژن می تواند این انرژی را تا زمان لازم ذخیره کرده و به جایی که نیاز است منتقل کند.

برخی از کارشناسان بر این گمان هستند که هیدروژن، در آینده زیرساخت های اصلی انرژی را تشکیل داده و جایگزین گاز طبیعی، نفت، زغال سنگ و نیروگاه های کنونی برق خواهد شد. آن ها بر این باورند که "اقتصاد نوین هیدروژن" می تواند جایگزین جریان " اقتصاد مبتنی بر سوخت های فسیلی" شود،  هر چند که این طرح احتمالاً در آینده ای دور عملی خواهد شد.

ماهواره های انرژی خورشیدی

یکی از گزینه های پیشنهادی برای تأمین انرژی در آینده، قرار دادن ماهواره های عظیم انرژی خورشیدی در مدار اطراف

کره زمین است. این ماهواره ها انرژی تابشی خورشید را جمع آوری و به الکتریسیته تبدیل کرده و آن را به شکل پرتوهای مایکرو ویو یا روش های دیگر به کره زمین انتقال می دهند. این انرژی، انتشار گازهای گلخانه ای را به همراه نخواهد داشت، اما باریکه پرتوهای مایکرو ویو ممکن است سلامت موجودات زنده کره زمین را به مخاطره بیندازد. از طرفی پرتاب مکرر موشک ممکن است به لایه فوقانی جو (اتمسفر) آسیب برساند. این ایده احتمالاً برای قرن آینده عملی نخواهد بود.

تصویر سمت راست، طرح اولیه و ساده ای است که نشان می دهد چگونه یک ماهواره فضایی انرژی خورشیدی، پرتوهای انرژی را به شبکه های تولید برق روی کره زمین می فرستد.

اگر می خواهیم  مطمئن شویم که در آینده به اندازه کافی انرژی خواهیم داشت، همگی باید در مصرف انرژی هشیار باشیم.

وظیفه ما این است که انرژی را با صرفه جویی و بهینه مصرف کنیم. از طرفی وظیفه ی سنگین تری بر دوش کسانی است که قرار است فناوری های جدیدی برای تولید انرژی در آینده بسازند.

تمام منابع انرژی به نوعی بر روی محیط زیست تاثیر می گذارند. با درنظر گرفتن اثر گلخانه ای و گرم شدن جهانی، آلودگی هوا و تامین انرژی آینده، جهان به سمت توجه بیشتر به منابع انرژی تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی ، انرژی باد، انرژی گرمایی زمین، انرژی اقیانوس ها و هیدروژن پیش می رود.

اما ما تا زمان جایگزینی انرژی های پاک تر، مجبوریم از انرژی های فسیلی و هسته ای استفاده کنیم. شاید یکی از شما که در حال خواندن این متن هستید یک ماری کوری یا اینشتین دیگر باشید و در آینده منبع جدیدی برای تولید انرژی پیدا کنید. تا آن موقع همه چیز به نوع  مصرف ما بستگی دارد.

آینده از آن ماست اما برای رسیدن به آن نیاز به انرژی داریم.

مترجم: بدری سیدجلالی