بخشی از مقاله
چکیده
سوخت های فسیلی که امروزه قسمت عمده تقاضای انرژی در جهان را تامین می کند، به سرعت در حال اتمام اند. همچنین محصولات احتراق آنها، اثرات زیست محیطی و مشکلات جهانی همچون گرمایش جهانی کره زمین به موجب انتشار گازهای گلخانه ای و در نتیجه آن آب شدن یخ های قطبی، افزایش سطح آب های آزاد، آتش سوزی جنگل ها و... را بوجود می آورد به طوری که پس از انقلاب صنعتی و رشد فزاینده ی ماشین ها و علی الخصوص پس از اکتشاف و دستیابی به منابع نفت و گاز در جهان، انتشار گازهای گلخانه ای روند رو به رشدی را طی کرده است تا جایی که بسیاری از مهندسان و دانشمندان بر این باورند که یکی از راه حل های مناسب برای این مشکلات، جایگزینی سوخت فسیلی با سوخت های پاکی می باشد که از منابع تجدیدپذیر تولید می شوند. موضوع دیگری که اهمیت دارد، بحث امنیت انرژی و در دسترس بودن آن است. هیدروژن به عنوان فراوان ترین عنصر موجود در جهان و ماده ایی که بالاترین انرژی حاصل از احتراق 2/8) برابر بنزین) را داراست، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. وفور هیدروژن و عدم آسیب رسانی آن به محیط زیست طی تبدیل آن به توان از مهم ترین معیارهایی است که موجب می شود این عنصر به عنوان حامل انرژی کلیدی در آینده شناخته شود. تا زمانی که هیدروژن از منابع وافر تجدیدپذیر و در دسترس تولید شود، انتظار می رود که مصرف هیدروژن به عنوان سوخت جایگزین رشد چشمگیری داشته باشد. در این مقاله به بررسی شیوه های ترموشیمیایی تولید هیدروژن از زیست توده به عنوان منبع تجدیدپذیر دارای کربن و عوامل تأثیر گذار بر فرآیند آن ها و همچنین چالش های روبرو در استفاده از این حامل انرژی خواهیم پرداخت.
×
کلمات کلیدی: (تولید هیدروژن، زیست توده، گازی سازی، پیرولیز )
.1 مقدمه
امروزه امنیت انرژی از مهم ترین دغدغه های بشر است. بشر برای ادامه حیات و تامین نیازهای خود همواره بـه انـرژی نیـاز داشته و به دنبال اشکالی از انرژی است که فراوان باشد و آسان تر بدست آید. بنابراین منابعی کـه در دسـترس و تجدیدپـذیر باشد از اولویت های بشر برای استحصال انرژی خواهد بود. همچنین اثرات زیان بار انتشار گازهای گلخانه ای در اثر احتـراق سوخت های فسیلی موجب شد تا بشر به سوخت هایی بیاندیشد در فرآیند احتراق آن آلودگی ای به همراه نداشته یا با حداقل آلودگی همراه باشد.
1
در میان حامل های انرژی شناخته شده امروزه هیدروژن به عنوان سوختی پاک و جایگزین سوخت هـای فسـیلی در آینده شناخته می شود زیرا در فرآیند احتراق آن آلودگی ای ایجاد نشده و تنها محصول احتراق آن، آب است. هیدروژن سـاده ترین عنصر و در عین حال فراوان ترین عنصر شناخته شده در جهان است اما به واسطه سبک بودن آن نسـبت بـه هـوا، بـه صورت آزاد در ارتفاعات پائین دیده نمی شود و به لایه های فوقانی جو صعود می کنـد و ایـن، علـت کمیـابی هیـدروژن بـه صورت گازی و آزاد آن در کره زمین است. مقدار انرژی آزاد شده از احتراق هیدروژن بالاتر از انرژی احتراق هر ماده دیگـری است. این انرژی در مقدار مساوی جرمی به ترتیب 2/4، 2/8، و 4 برابر انرژی حاصله از سوختن متان، بنزین و ذغـال سـنگ است.[2]
هیدروژن در شرایط متعارفی به شکل گاز است و در دماهای خیلی پـائین ( حـدود -252/87 درجـه سلسـیوس ) بـه شکل مایع در می آید. هیدروژن یک حامل انرژی و نه یک منبع انرژی است و باید آن را از منابع اولیـه انـرژی تولیـد کـرد. امروزه 96 درصد از تولید هیدروژن در جهان با استفاده از منابع فسیلی و تجدیدناپـذیر انجـام مـی گیـرد.[1] امـا بـه تـازگی تحقیقات در مورد تولید هیدروژن از منابع تجدیدپذیر و در دسترس گسترش یافته است زیرا توسـعه پایـدار در بخـش انـرژی نیازمند امنیت انرژی، عدم آسیب رسانی به محیط زیست و بازگشت پذیری انرژی یا همان تجدیدپـذیر بـودن اسـت. از ایـن دست منابع می توان به زیست توده اشاره کرد.
.2 زیست توده
به طور کلی زیست توده به مواد آلی که از گیاهان و جانوران گرفته شده باشد، گفته می شود اما طبق تعریف کارگروه تغییرات اقلیمی سازمان ملل (UNFCC) زیست توده عبارت است از :
مواد آلی غیر فسیلی و زیست تجزیه پذیری که منشأ آن ها از گیاهان، حیوانات و یا میکرو ارگانیسمها باشد.[3]
زیست توده چهارمین منبع بزرگ انرژی شناخته شده در جهان است که % 12/5 انرژی مصرفی جهان را در سال 2011 طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی تأمین می کرده است.[5] فراوانی زیست توده موجب می شود تا بیشتر به هیدروژن به عنوان سوخت عمده آینده نگاه کنیم. با توجه به اینکه که زیست توده تجدیدپذیر است و CO2 اتمسفر را برای رشد مصرف می کند، آلایندگی بسیار کمی در بر خواهد داشت. به هر حال استحصال هیدروژن از زیست توده چالش بزرگی است که رودرروی محققان قرار گرفته است. تا به حال روش کامل و جامعی بدین منظور تثبیت نگردیده است. مقدار حاصله هیدروژن از زیست توده جایی که میزان هیدروژن تشکیل دهنده زیست توده کم باشد پائین است. و محتوای انرژی آن نیز به علت %40 اکسیژن متوسط موجود در زیست توده کم است.[4]
.3 روش های تولید هیدروژن از زیست توده
همانطور که گفته شد منبع زیست توده گیاهان و موجودات زنده را شامل می شود که انرژی خورشیدی را در خود نهفته دارند و ترکیب آنها به طور معمول کربن، هیدروژن، اکسیژن، و نیتروژن را شامل می شود که گوگرد نیز به مقادیر جزئی در مواردی مشاهده می شود. به طور کلی دو شیوه اصلی برای تبدیل زیست توده به هیدروژن وجود دارد .یکی تبدیل ترموشیمیایی که خود بر سه بخش است و دیگری تبدیل بیولوژیکی یا بیوشیمیای که در این م
شکل : (1-3) انواع روش های تولید هیدروژن از زیست توده.[2]
1-3 تبدیل ترموشیمیایی
تبدیل ترموشیمیای یک سری از واکنش های شیمیایی است که بوسیله حرارت دادن انجام می گیرد و زیست توده مورد نظر طی آن به فرآورده هایی تبدیل می شود. امروزه سه شیوه اصلی تبدیل ترموشیمیایی جهت تولید هیدروژن از زیست توده به ترتیب پیرولیز، گازی سازی معمولی و گازی سازی در محیط آب فوق بحرانی می باشند که به آن ها خواهیم پرداخت.
