یه خبر جالب و خفن از دنیای انرژی! دانشمندا تونستن با روشی تازه، مقدار هیدروژنی که از شکستن مولکولهای آب با برق درمیاد رو تقریباً دو برابر کنن. حالا این یعنی چی؟ یعنی با همون میزان برق، حسابی هیدروژن درمیاد و کلی تو هزینهها صرفهجویی میشه.
اول یه توضیح ساده بدم اصلاً چرا هیدروژن مهمه؟ هیدروژن یکی از پرمصرفترین مواد شیمیایی دنیاست! مثلاً برای ساخت کود شیمیایی، توی سلولهای سوختی (یعنی دستگاههایی که با انرژی شیمیایی هیدروژن برق تولید میکنن)، یا حتی برای سوزوندن مستقیم و تولید انرژی استفاده میشه.
الان بیشتر هیدروژن دنیا رو با یه روش قدیمی به اسم ریفرمینگ با بخار (steam reforming) در میارن؛ یعنی آب و گاز طبیعی رو تو دما و فشار خیلی بالا قاطی میکنن تا به هیدروژن برسن. ولی مشکلش اینه که کلی انرژی لازم داره و باعث مصرف سوخت فسیلی زیاد میشه.
حالا راه حل جایگزینش چیه؟ برق رو که به دو تا صفحه فلزی (الکترود: یعنی همون سیمهایی که انتهاش توی آب میره) وصل کنن و توی آب بذارن، با فرایندی به اسم الکترولیز (electrolysis یعنی تجزیه شیمیایی توسط برق)، آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه میشه. اما مشکل الکترولیز اینه که هنوز خیلی گرونه و برق زیادی مصرف میکنه، اونم معمولاً با برقی که از منابع تجدیدناپذیر میاد، پس خیلی ایدهآل نیست.
توی روش قدیمی، مشکل اصلی از تولید اکسیژن توی آند (همون بخش مثبت مدار که اکسیژن تولید میکنه) بود که بازده رو پایین میاره.
ولی طبق تحقیقی که دهم آذر تو مجله Chemical Engineering Journal چاپ شده، یه تیم از دانشمندای کانادایی دست به کار شدن و روش کار رو تغییر دادن: اومدن به جای اینکه تو آند اکسیژن تولید کنن، یه واکنش جدید راه انداختن تا همونجا هم هیدروژن درست بشه! یعنی با یه تیر دو نشون بزنن.
چجوری؟ اونا دوتا مخزن محلول هیدروکسید پتاسیم (KOH) داشتن که با یه غشای نازک از هم جدا بودن و هرکدوم به یه الکترود وصل بودن. بعدش اومدن به مخزن آند یه مولکول آلی ساده به اسم هیدروکسی متیل فورفورال (HMF) اضافه کردن. HMF یه ترکیب شیمیاییه که میشه از تجزیه باقیمونده گیاهان مثل کاغذ به دست آورد (یعنی از مواد دورریختنی و غیرخوراکی). البته خودش هنوز گرونه اما آینده داره.
از اون طرف، یه کاتالیزور مسی (کاتالیزور یعنی مادهای که سرعت واکنش رو زیاد میکنه بدون اینکه خودش مصرف شه) که با اتم کروم تقویت شده بود هم به واکنش اضافه کردن. کروم باعث میشه مس تو حالت فعال بمونه و تولید هیدروژن بهتر پیش بره.
حالا وقتی برق وصل میشه، تو آند، گروه آلدئید (آلدئید یعنی ترکیبی که کربن، اکسیژن و هیدروژن خاصی توش کنار هم هستن) تو مولکول HMF اکسید میشه و هیدروژن آزاد میکنه. تازه یه محصول جانبی هم به اسم HMFCA درمیاد که میشه ازش برای ساخت بیوپلاستیک (پلاستیکهای زیستپایه و دوستدار محیط زیست) استفاده کرد. یعنی هم هیدروژن داری، هم یه خوراک شیمیایی باحال!
طبق گفته یکی از اعضای تیم، آقای حامد حیدرپور که دانشجوی دکتری دانشگاه مکگیل کاناداست، این روش باعث میشه به ازای هر بار، تقریباً دو برابر حالت عادی هیدروژن تولید شه. تازه جالبتر اینکه برق مورد نیاز هم خیلی کمتره! تو روش اونها فقط حدود ۰.۴ ولت لازمه، ولی تو روش کلاسیک تقریباً ۱.۴ ولت لازمه بود. یعنی تا ۴۰٪ کمتر انرژی مصرف میشه. چه بهتر از این؟
البته خودشون میگن اولین نفری نیستن که چنین ایدهای رو امتحان کردن، اما تونستن با کاتالیزور قویتر سرعت و مقدار هیدروژن رو بیشتر کنن.
از طرفی، حتی میشه بهجای HMF از مولکولهای آلدئیدی ارزونتر مثل فرمالدهید (فرمالدهید همون مادهایه که معمولاً بوی خاص داره و تو کارخونهها استفاده میشه) استفاده کرد. طبق نظر یه استاد الکتروشیمی دانشگاه گلاسکو به اسم مارک سایمز، وقتی بتونیم مواد آلی کمارزش رو تبدیل به مواد شیمیایی ارزشمند با تولید همزمان هیدروژن کنیم، هم به صرفه اقتصادی میشه و هم به نفع محیط زیسته. یعنی با یه واکنش، دو تا محصول مفید!
البته هنوز کار تموم نشده؛ باید کاتالیزور رو طوری تقویت کنن که بتونه هزاران ساعت هم تو کارخونه جواب بده و خراب نشه.
در کل، اگه این روش رو بتونن صنعتی و اقتصادی کنن، احتمالاً آینده هیدروژنسازی حسابی متحول میشه. هم ارزونتر، هم سبزتر!
منبع: +
