بخشی از مقاله
چکیده
آسیب های ناشی از مصرف سوختهای فسیلی آنچنان عرصه را بر مردم جهان تنگ کرده است که اگر هر چه زودتر اقدام موثری در این باره صورت نگیرد گرمایش زمین، آلودگی هوا و ذوب شدن یخهای قطبی عوارض بسیار ناگوارتری را بر مردم گیتی تحمیل خواهد کرد.
مطالعات بعمل آمده در خصوص آلودگی هوای شهر های بزرگ بیانگر آن است که بیشترین درصد آلودگی هوابه سیستم حمل و نقل می باشد. بنابراین دانشمندان بر این باورند که هیدروژن می تواند یک حامل انرژی با استانداردهای بسیار استثنایی در زمینه تولید انرژی و هماهنگ با محیط زیست و قابل دسترسی مورد استفاده قرار گیرد، و به این نتیجه رسیده اند که در میان منابع جایگزین سوختهای فسیلی، سوخت هیدروژنی بیشترین موفقیت را داشته است.
در این مقاله هیدروژن سوز نمودن خودروها مورد بررسی قرار میگیرد، و آلایندگی سوختهای فسیلی جایگزین با سوخت هیدروژن مقایسه شده است. که در مقایسه انجام شده به این نتیجه می رسیم که ویژگی هایی که هیدروژن را از سایر گزینه های مطرح سوختی متمایز می سازد می توان به فراوانی، مصرف منحصر به فرد، انتشار بسیار ناچیز آلاینده ها، برگشت پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثر گلخانه ای اشاره نمود، بنابراین به عنوان مناسب ترین سوخت جایگزین پیشنهاد می شود.
مقدمه
بشر از ابتدای آفرینش نیاز به انرژی را احساس و بدنبال دستیابی به آن و در مسیر تکامل , از اشکال مختلف آن استفاده کرده است. عواملی مانند ، رشد و افزایش جمعیت ، امنیت و آرامش ، توسعه و صنعتی شدن ، نیاز بشر و جوامع را به انرژی بیشتر و عامل مهمی در روابط و تنش های منطقه ای و بین المللی گردید. این عوامل و نیز مشکلات و آلودگیهای محیط زیستی و محدودیت منابع باعث شدند تا نظر محققین و دولت ها بسوی استفاده از انرژی های تجدید پذیر و نامحدود و پاک معطوف گردد
امروزه انرژی در جهان به یک مشکل عمده برای کشورها تبدیل شده و به همین دلیل ، دولت ها به خودروسازان فشار میآورند تا با استفاده از روشهای مختلف ، سبب کاهش مصرف خودرو شوند. به طور نمونه ، در این راستا خودروسازان آمریکایی دستور گرفتهاند که خودروهای کممصرف تولید و در افق دراز مدت خود به سوی استفاده از سوخت غیر فسیلی در خودرو حرکت کنند. از انواع انرژی های پاک , هیدروژن بهترین نوع و تقریبا ارزانترین انرژی برای استفاده در انواع موتورهای احتراقی می باشد .
برای استفاده از این انرژی در موتورهای احتراقی با توجه به نوآوریهای جدید دیگر نیازی به تغییر در نوع سیستم و هزینه اضافی نخواهد بود.
سازمان انرژی نو پروژه های مختلفی را در زمینه هیدروژن با موفقیت به انجام رسانده است. بر اساس اطلاعات این نهاد مزایای استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت عبارتند از:
• پس از احتراق , محصول تولید شده بخار آب و اکسید نیتروژن می باشد.
• میزان حرارت تولید شده در اثر احتراق در واحد وزن بیشتر از هر سوخت مورد استفاده دیگر می باشد.
• یک سوخت عمومی به شمار می رود، زیرا میزان اختلاط آن با هوا را برای احتراق در یک باند وسیع می توان تغییر داد.
استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت خودرو
مطالعات به عمل آمده حاکی از آن است که در مدت زمان کوتاهی سوخت هیدروژنی بتواند در بسیاری از زمینه ها به عنوان جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی مورد توجه قرار گیرد .در اتومبیلهایی که انرژی مورد نیاز آنها ا ز سوخت هیدروژنی تامین می شود، انرژی آزاد شده از ترکیب هیدروژن واکسیژن برای تولید انرژی الکتریکی به کار رود. اگرچه استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت می تواند مزایای بسیار زیادی به همراه داشته باشد، اما یکی ازمهمترین ویژگیهای انرژی هیدروژنی، پایین بودن سطح آلایندگی این سوخت است .چراکه تنها محصول این واکنش ، بخار آب است.علاوه بر این، سوخت هیدروژنی قابل بازیافت و استفاده مجدد است و می تواند به عنوان منبع پایان ناپذیری از انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
.شکل 1 اجزاء یک خودروی هیدروژن سوز نمایش داده است.
یکی ازمهمترین معایب استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت، پیچیدگیهای بسیاری است که در تهیه هیدروژن خالص وجود دارد. به علاوه انجام این فرآیند مستلزم صرف هزینه بسیار زیادی است. برای جایگزینی هیدروژن به جای سوختهای فسیلی باید تغییرات گسترد ه ای در سیستم موتور خودروهای بنزینی ایجاد شود .سرعت متوسط جدیدترین خودروهای هیدروژنی که تحت عنوان خودروهای پاک از آنها یاد می شود، حدود 160 کیلومتر در ساعت است. بر اساس این که دراین اتومبیلها از هیدروژن مایع یا هیدروژن تحت فشار به عنوان سوخت استفاده شود، بیشینه سرعت حرکت آنها در محدوده های بین 270 تا 400 کیلومتر در ساعت قرار می گیرد .در پیلهای سوختی هیدروژنی، انرژی آزاد شده در نتیجه واکنش شیمیایی میان مولکو لهای هیدروژن و اکسیژن برای تولید انرژی الکتریکی ا ستفاده می شود.
موتور اتومبیل انرژی الکتریکی رابه انرژی مکانیکی تبدیل می کند .انرژی یک پیل خورشیدی زیر یک ولت است . این مقدار انرژی به قدری ناچیزاست که می تواند انرژی لازم برای روشن شدن یک لامپ را تامین کند. به همین علت از دهها یا صدها پیل سوختی استفاده می شود تا بتوان مقدارا نرژی خروجی از سیستم را افزایش داد . در یک پیل سوختی هیدروژنی، مولکو لهای هیدروژن در آند و مولکو لهای اکسیژن در کاتدتجمع پیدا می کنند. ماد ه ای که تحت عنوان کاتالیزور از آن استفاده می شود،ا لکترو نهای هیدروژن را از هسته آن جدا می کند .پس ا ز آن هسته مولکول هیدروژن بدون الکترو نها از لایه ای که حاوی سلو لهای الکترولیت است، عبور می کنند. اما الکترو نهایی که نمی توانند از میان سلو لهای الکترولیت عبور کنند در یک مدار جریان پیدامی کنند تا اینکه به کاتد برسند و انرژی الکتریکی تولید کنند. محصول این واکنش آب و گرماست و تا زمانی که نیاز به مصرف سوخت باشد این واکنش ادامه دارد
