هيدروژن سوخت قرن آينده

Goonay

عضو جدید
هيدروژن سوخت قرن آينده

هيدروژن فراوان ترين عنصر طبيعت محسوب مي شود بنابراين دانشمندان در تلاش اند تا راهي بيابند كه بتوان از هيدروژن به عنوان سوخت استفاده كرد.
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. امروزه گاز هيدروژن براي استفاده در موتورهاي احتراقي و وسايل نقليه الكتريكي باتري دار مورد بررسي قرار گرفته است. هيدروژن در دما و فشار طبيعي، يك گاز است و به اين علت، انتقال و ذخيره آن از سوخت هاي مايع ديگر، دشوارتر است. سامانه ‌هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافته‌اند، عبارتند از:
هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي مثال، هيدريد فلزات ).
سوخت هيدروژن به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوختهاي فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد. مهم‌ترين تفاوت بين موتور احتراق داخلي بنزين‌سوز و هيدروژني در ذات اين دوسوخت است. هيدروژن تحت فشار هواي طبيعي سريع‌تر از سوخت معمولي مشتعل مي‌شود، امادماي احتراق آن اندكي كمتر از بنزين است. در داخل موتور سرعت احتراق بالاي مخلوطهيدروژن و هوا دماي بيشتري در مقايسه با يك موتور بنزيني توليد مي‌كند. بنابراين،بايد زمانبندي سوخت بنزين تغيير كند و جرقه بايد زماني زده شود كه بهترين فشار درنقطه مرگ بالاي پيستون شكل گيرد. يكي از مزاياي قابل توجه فشار احتراق بالاتر ازمخلوط هيدروژن و هوا، توليد قدرت بيشتر از مقدار انرژي است كه در يك موتور بنزينيمصرف مي‌شود و اين يعني موتور هيدروژني بازده و كارايي بيشتري دارد.
و مهم تراز همه اين که منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و در دسترس هستند . از منابع مهم توليد هيدروژن مي توان به گاز طبيعي- زغال سنگ- بنزين و الکل متيليک اشاره کرد. . فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد هيدروژن هستند.
توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد ناپذير به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين منابع روز به روز کاهش مي يابد. و توجهات به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطو ف مي شود. گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمر ها روي بيوماس، توليد مي شود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روش هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و بي هوازي در کنار هم است. . در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و PH پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز هيدروژن بالا مي رود. بعد از تامين منابع توليد لازم است دانشمندان راهي براي ذخيره سازي و انتقال ايمن هيدروژن بيابند که از لحاظ اقتصادي با صرفه نيز باشد.
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.
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. و ديگر اين که هيدروژن مايع چنان سرد است كه حتي مي تواند باعث منجمد شدن هوا نيز شود. . 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.
براي فايق آمدن بر چنين مشکلاتي دانشمندان استفاده از يک سنگ ويژه اي به نام زئوليت (Zeolite) را پيشنهاد کرده اند. «زئوليت ها موادي از جنس سنگ هستندكه بسيار متخلخلند و به همين دليل مي توانند به عنوان اسفنج هاي مولكولي عمل كنند يك مخزن سوخت كه در ساختار آن از اين موارد كريستالي زئوليت 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. در حدود 50 نوع زئوليت مختلف با تركيب شيميايي و ساختار كريستالي متفاوت در طبيعت يافت مي شود. بهترين زئوليت هاي موجود مي توانند فقط 2 تا 3 درصد از وزن خود را هيدروژن ذخيره كنند اگر بتوان كريستال هايي از زئوليت توليد كرد كه بتواند حدود 4 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.» . تحقيقات نشان داده که 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.» بنابراين هم اکنون دانشمندان در فضا مشغول ساخت زئوليت هاي با ساختار مناسب تر هستند و توانسته اند زئوليت هايي توليد کنند که از نمونه مشابه در زمين ده مرتبه بزرگتر هستند و اين شروع مسرت بخشي بود. به هر حال زئوليت ها مي توانند به عنوان نكته كليدي براي استفاده از سوخت هيدروژن و رد شدن از سد مشكلات فناوري محسوب شوند.

در هر صورت در زمينه استفاده از سوخت هيدروژن کارهاي بزرگي شده و اصلي‌ترينگام را شرکت بي.ام.و برداشته است.
مهندسان بي.ام.و كه در جهان اتومبيل به مهندسانتكنولوژي معروف هستند، روياي سوخت هيدروژني را به واقعيت نزديك كرده‌اند. متخصصاناين شركت هم اكنون مدل سري 5 خود را به موتور احتراق داخلي با سوخت هيدروژني مجهزكرده‌اند و در گام بعدي، خودرويي را با شكل مسابقه‌اي به موتور هيدروژني تبديلكرده‌اند.
مهندسان بي.ام.و خودرو هيدروژني را با موتور H2R ساخته‌اند كه باآرايش خورجيني و يا 12 سيلندر و به‌كارگيري سوخت هيدروژن 285 اسب بخار قدرت توليدمي‌كند. خودرو جديد بي.ام.و در آخرين ركوردگيري توانسته ركورد 302 كيلومتر بر ساعترا به دست آورد. موتور جديد H2R بر مبناي موتور احتراق داخلي بي.ام.و سري 7 ساختهشده كه براي افزايش راندمان در اين موتور از زمانبندي متغير سوپاپ‌ها استفاده شدهاست.
به دليل نوع سوخت هيدروژن و حالت گازي آن، تغييراتي در سيستمسوخت‌رساني اين خودرو داده شده است.
بي.ام.و قصد دارد بر اساس تجربيات بهدست آمده در مدل H2R، خودرويي بسازد كه توانايي كاركرد با هيدروژن و بنزين را داشتهباشد.
طراحان بهترين موتور هيدروژني
خودرو هيدروژني بي.ام.و بهوسيله شركت تكنوسنتز - از شركت‌هاي زيرمجموعه بي.ام.و - ساخته شده است.
يورگن كوبلر از مهندسان خبره آلماني و مدير پروژه H2R، اعتقاد دارد كه دركوتاه‌ترين زمان،‌ بهترين خودرو هيدروژني جهان ساخته شده است
وي مدت ساختنمونه بي.ام. و را تنها 10 ماه مي‌داند و مي‌گويد: "اين كار سخت تنها با استفاده ازسيستم‌هاي شبيه‌ساز رايانه‌اي CAP قابل اجرا بود؛ به طوري كه با استفاده از اين روشدر هزينه و وقت صرفه‌جويي بسيار شده است."
همچنين مهندسان بي.ام.و بااستفاده از سيستم‌هاي فنربندي و تعليق رايج بي.ام.و زمان طراحي را كاهش داده‌اند. موتور جذاب H2R بر مبناي مدرن‌ترين و بزرگترين قواي محركه بي.ام.و شكل گرفته است. اين موتور چيزي نيست جز يك موتور 12 سيلندر V شكل شش ليتري كه اولين موتور احتراقداخل تجاري هيدروژني را پايه‌گذاري كرده است. مهم‌ترين تغييراتي كه در اجزايساختماني اين موتور به نظر مي‌رسد، نوع تزريق سوخت هيدروژن است. البته نوع فولاديكه براي محفظه احتراق ساخته شده هم بسيار جالب است. آلياژهاي به كار رفته در اينموتور از اسرار بي.ام.و است.

اقتصاد هيدروژن
براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفه‌ترين راه انتقال سوخت‌هاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت مي‌گيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد.
ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار مي‌دهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و دردسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.
منبع:http://cyberspc.blogfa.com
 

سیاهچاله

عضو جدید
ماده و پاد ماده میتونه بهترین گزینه برای سوخت های اینده باشه چون هم انرةی زیادی تولید می کنه هم در دسترسه و مقدار کم اون انرزی خیلی زیادی ازاد مسی کنه اما که این باعث میشه سفینه های اینده از ابعادشون کاسته بشه اما مشکلی که هست اینه که دانشمندان نمیتونن این انرزی زیاد رو مهار کنن که امیدواریم با پیشرفت علم این موضوع تحقق پیدا کنه
 
بالا