fr.chemi3t
06-24-2012, 06:30 PM
http://pnu-club.com/imported/2012/06/39.gif
از نظر منابع انرژی، بشر تاکنون چهار عصر را پشت‌سر گذاشته است. عصر اول، عصر «زیست‌توده» است که در طی آن، انرژی موردنیاز بشر از طریق سوزاندن شاخ و برگ درختان تأمین می‌شده است. شاخ و برگ درختان در واقع اولین منبعانرژی بود که توسط انسان شناخته شد، منبعی ساده و دردسترس که نام علمی آن«زیست‌توده» است. به نظر شما منبع اصلی انرژی در زیست‌توده چیست؟ گیاهان با انجام عمل فتوسنتز انرژی خورشید را در برگ‌های خود ذخیره می‌کنند. با سوزاندن این ترکیبات انرژی ذخیره شده در آنها به صورت حرارت آزاد می‌شود. علاوه بر چوب درختان، منابع جنگلی، ضایعات کشاورزی، فاضلاب شهری و فضولات دامی نیز از منابع زیست‌توده به شمارمی‌روند. جمع‌آوری زیست‌توده در حجم‌های بالا بسیار هزینه‌بر است. از طرف دیگر، چون منابع زیست‌توده اغلب مرطوب هستند مقدار انرژی تولیدی از آنها به ازای واحد حجم پایین است.
با كشف زغال سنگ و خواص احتراقی آن، بهره‌برداری از این ماده به‌عنوان یك منبع تولید انرژی حرارتی توسعه فراوانی یافت. این مسئله با اختراع موتورهای بخار كه تحول عظیمی در صنعت محسوب می‌شوند، شتاب بیشتری گرفت. توسعه شبكه‌های راه‌آهن با لوكوموتیوهایی كه از سوخت زغال سنگ استفاده می‌کنند نیز در شكوفایی این عصر تاثیر فراوانی داشت. در واقع؛ این دوره زمانی، عصر تأمین انرژی بشر به وسیله زغال سنگ یا عصر زغال سنگ است…
با كشف نفت و شناخت مزایای آن نسبت به زغال سنگ، به ویژه در حوزه حمل و نقل، به تدریج بهره‌گیری از زغال سنگ کاهش یافت و نفت خام جایگزین آن شد، تا جائی‌كه در فاصله زمانی كوتاهی بخش اعظم انرژی مورد نیاز بشر از نفت خام و مشتقات آن تأمین می‌گردید. بر مبنای این روند سریع بود كه نفت خام به عنوان مهمترین ماده تأمین كننده انرژی بشر شناخته شد و این دوره زمانی را بایدبدون تردید عصر نفت نام نهاد. اما در اثر احتراق نفت، گاز دی اکسید کربن تولید می‌شود که یک گاز گلخانه‌ای بوده و سبب آب شدن یخ‌ها و در نهایت، گرم شدن هوا خواهد شد. از این رو، گاز طبیعی به سبب ارزان و در دسترس بودن و همچنین کاهش آلودگی زیست‌محیطی، در کنار نفت به عنوان منبع دیگری برای تولید انرژی مورد استفاده قرار گرفت.
امروزه، به علت نگرانی‌های مربوط به گرم شدن هوا، رشد جمعیت، پیشرفت فناوری و همچنین، کاهش سریع منابع نفتی جهان، استفاده از منابع جدید انرژی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله موادی که می‌تواند جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی باشد، هیدروژن است و وسیله‌ای که با استفاده از آن می‌توان از هیدروژن انرژی گرفت، «پیل سوختی» نام دارد. با توجه به مزیت‌هایی که هیدروژن نسبت به سوخت‌های دیگر دارد، شاید بتوان ادعا کرد که «عصر آینده، عصر هیدروژن خواهد بود».
معرفی هیدروژن
شاید بزرگترین ویژگی هیدروژن، فراوانی این عنصر در طبیعت باشد. حتماً تعجب خواهید کرد اگر بدانید که بنا بر برآوردهای انجام شده، حدود 90 درصد از اتم‌ها و نیز حدود 70 درصد از جرم کل هستی را هیدروژن تشکیل داده است. این ماده در تمام ستاره‌ها وجود دارد و منبع اصلی تهیه انرژی ستاره‌ها به واسطه واکنش‌های هسته‌ای است.
http://pnu-club.com/imported/2012/06/790.jpg
مزایای استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت
< >حداقل آلودگی محیط زیستی
در نتیجه‌ی سوختن مستقیم هیدروژن با اکسیژن هوا و یا واکنش الکتروشیمیایی غیرمستقیم هیدروژن با اکسیژن هوا، آب تولید می‌شود و بر خلاف سوخت‌های فسیلی، گازهایی مانند دی‌اکسید کربن، منوکسید کربن، گوگرد و ذرات نسوخته هیدروکربنی به وجود نمی‌آید.امکان تولید از منابع فسیلی و پاك
همان‌طور که اشاره شد، هیدروژن به صورت خالص وجود ندارد اما می‌توان آن را از منابع مختلف مانند زغال سنگ، گاز طبیعی، زیست توده و آب تهیه کرد. این روش‌ها به صورت جزئی در مقالات بعدی بررسی می‌شوند.قابلیت سوختن در موتورهای احتراقی
می‌توان هیدروژن را به عنوان سوخت در خودروها به کار برد. استفاده از پیل سوختی از سوی خودروسازان به صورت آزمایشی آغاز شده است، البته در آمریکا استفاده از آن گستردگی بیشتری دارد. خودروهای پیل سوختی در واحد پیل خود از واکنش هیدروژن و اکسیژن، برق تولید می‌کنند و از برق تولیدی نیز برای به حرکت در آوردن چهار الکتروموتور استفاده می‌شود که خروجی سیستم نیز تنها آب است. در بعضی موارد، نیروی محرکه خودرو از یک باتری یون لیتیوم تامین می‌شود که شارژ آن توسط مولد پیل سوختی انجام می‌شود. هیدروژن به راحتی به وسیله خط لوله انتقال داده می‌شود.هیدروژن دارای بالاترین ظرفیت انرژی به ازای هر واحد وزن سوخت میباشد. یعنیمیزان حرارت تولید شده از آن در اثر احتراق در واحد وزن بیشتر از هر سوخت دیگری است.هیدروژن فراوان بوده و تجدید پذیر است..
آنچه گفته شده شاید بتواند اهمیت و چرایی استفاده از هیدروژن را به عنوان سوخت مشخص کند. در بخش‌های بعدی این مقاله به معرفی پیل سوختی (به عنوان وسیله تولید انرژی از هیدروژن) و نقش فناوری نانو در دستیابی به این وسیله پرداخته خواهد شد.
از نظر منابع انرژی، بشر تاکنون چهار عصر را پشت‌سر گذاشته است. عصر اول، عصر «زیست‌توده» است که در طی آن، انرژی موردنیاز بشر از طریق سوزاندن شاخ و برگ درختان تأمین می‌شده است. شاخ و برگ درختان در واقع اولین منبعانرژی بود که توسط انسان شناخته شد، منبعی ساده و دردسترس که نام علمی آن«زیست‌توده» است. به نظر شما منبع اصلی انرژی در زیست‌توده چیست؟ گیاهان با انجام عمل فتوسنتز انرژی خورشید را در برگ‌های خود ذخیره می‌کنند. با سوزاندن این ترکیبات انرژی ذخیره شده در آنها به صورت حرارت آزاد می‌شود. علاوه بر چوب درختان، منابع جنگلی، ضایعات کشاورزی، فاضلاب شهری و فضولات دامی نیز از منابع زیست‌توده به شمارمی‌روند. جمع‌آوری زیست‌توده در حجم‌های بالا بسیار هزینه‌بر است. از طرف دیگر، چون منابع زیست‌توده اغلب مرطوب هستند مقدار انرژی تولیدی از آنها به ازای واحد حجم پایین است.
با كشف زغال سنگ و خواص احتراقی آن، بهره‌برداری از این ماده به‌عنوان یك منبع تولید انرژی حرارتی توسعه فراوانی یافت. این مسئله با اختراع موتورهای بخار كه تحول عظیمی در صنعت محسوب می‌شوند، شتاب بیشتری گرفت. توسعه شبكه‌های راه‌آهن با لوكوموتیوهایی كه از سوخت زغال سنگ استفاده می‌کنند نیز در شكوفایی این عصر تاثیر فراوانی داشت. در واقع؛ این دوره زمانی، عصر تأمین انرژی بشر به وسیله زغال سنگ یا عصر زغال سنگ است…
با كشف نفت و شناخت مزایای آن نسبت به زغال سنگ، به ویژه در حوزه حمل و نقل، به تدریج بهره‌گیری از زغال سنگ کاهش یافت و نفت خام جایگزین آن شد، تا جائی‌كه در فاصله زمانی كوتاهی بخش اعظم انرژی مورد نیاز بشر از نفت خام و مشتقات آن تأمین می‌گردید. بر مبنای این روند سریع بود كه نفت خام به عنوان مهمترین ماده تأمین كننده انرژی بشر شناخته شد و این دوره زمانی را بایدبدون تردید عصر نفت نام نهاد. اما در اثر احتراق نفت، گاز دی اکسید کربن تولید می‌شود که یک گاز گلخانه‌ای بوده و سبب آب شدن یخ‌ها و در نهایت، گرم شدن هوا خواهد شد. از این رو، گاز طبیعی به سبب ارزان و در دسترس بودن و همچنین کاهش آلودگی زیست‌محیطی، در کنار نفت به عنوان منبع دیگری برای تولید انرژی مورد استفاده قرار گرفت.
امروزه، به علت نگرانی‌های مربوط به گرم شدن هوا، رشد جمعیت، پیشرفت فناوری و همچنین، کاهش سریع منابع نفتی جهان، استفاده از منابع جدید انرژی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله موادی که می‌تواند جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی باشد، هیدروژن است و وسیله‌ای که با استفاده از آن می‌توان از هیدروژن انرژی گرفت، «پیل سوختی» نام دارد. با توجه به مزیت‌هایی که هیدروژن نسبت به سوخت‌های دیگر دارد، شاید بتوان ادعا کرد که «عصر آینده، عصر هیدروژن خواهد بود».
معرفی هیدروژن
شاید بزرگترین ویژگی هیدروژن، فراوانی این عنصر در طبیعت باشد. حتماً تعجب خواهید کرد اگر بدانید که بنا بر برآوردهای انجام شده، حدود 90 درصد از اتم‌ها و نیز حدود 70 درصد از جرم کل هستی را هیدروژن تشکیل داده است. این ماده در تمام ستاره‌ها وجود دارد و منبع اصلی تهیه انرژی ستاره‌ها به واسطه واکنش‌های هسته‌ای است.
http://pnu-club.com/imported/2012/06/790.jpg
مزایای استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت
< >حداقل آلودگی محیط زیستی
در نتیجه‌ی سوختن مستقیم هیدروژن با اکسیژن هوا و یا واکنش الکتروشیمیایی غیرمستقیم هیدروژن با اکسیژن هوا، آب تولید می‌شود و بر خلاف سوخت‌های فسیلی، گازهایی مانند دی‌اکسید کربن، منوکسید کربن، گوگرد و ذرات نسوخته هیدروکربنی به وجود نمی‌آید.امکان تولید از منابع فسیلی و پاك
همان‌طور که اشاره شد، هیدروژن به صورت خالص وجود ندارد اما می‌توان آن را از منابع مختلف مانند زغال سنگ، گاز طبیعی، زیست توده و آب تهیه کرد. این روش‌ها به صورت جزئی در مقالات بعدی بررسی می‌شوند.قابلیت سوختن در موتورهای احتراقی
می‌توان هیدروژن را به عنوان سوخت در خودروها به کار برد. استفاده از پیل سوختی از سوی خودروسازان به صورت آزمایشی آغاز شده است، البته در آمریکا استفاده از آن گستردگی بیشتری دارد. خودروهای پیل سوختی در واحد پیل خود از واکنش هیدروژن و اکسیژن، برق تولید می‌کنند و از برق تولیدی نیز برای به حرکت در آوردن چهار الکتروموتور استفاده می‌شود که خروجی سیستم نیز تنها آب است. در بعضی موارد، نیروی محرکه خودرو از یک باتری یون لیتیوم تامین می‌شود که شارژ آن توسط مولد پیل سوختی انجام می‌شود. هیدروژن به راحتی به وسیله خط لوله انتقال داده می‌شود.هیدروژن دارای بالاترین ظرفیت انرژی به ازای هر واحد وزن سوخت میباشد. یعنیمیزان حرارت تولید شده از آن در اثر احتراق در واحد وزن بیشتر از هر سوخت دیگری است.هیدروژن فراوان بوده و تجدید پذیر است..
آنچه گفته شده شاید بتواند اهمیت و چرایی استفاده از هیدروژن را به عنوان سوخت مشخص کند. در بخش‌های بعدی این مقاله به معرفی پیل سوختی (به عنوان وسیله تولید انرژی از هیدروژن) و نقش فناوری نانو در دستیابی به این وسیله پرداخته خواهد شد.