◄ نجات طبیعت از بحران زباله های خطرناک با تولید سوخت هیدروژن

بخش بیستم از سلسله مقاله های مربوط به موضوع «انرژی های تجدید پذیر در حمل‌ و‌ نقل» هفته گذشته منتشر شد، بخش 21  آن در ادامه می آید.

تولید هیدروژن به واسطه پلاسما یا نمک مذاب

گروه صنعتی سولنا (Solena Group)، دارای یک شرکت وابسته در زمینه تولید انرژی در لانکستر کالیفرنیا می باشد که مدعی است از طریق به کارگیری فرایند تبدیل کاتالیست حرارتی پلاسما در حضور حجم زیادی از اکسیژن غنی شده،  می توان تحت دمای 3500 تا 4000 درجه سانتی گراد، هر نوع زباله (کاغذ، پلاستیک، تایر و منسوجات) را به گاز هیدروژن تبدیل کرد. با این کار ضمن تهیه سوخت هیدروژن،  می توان جهان را هم از بحران انبوه زباله های خطرناک برای طبیعت نجات داد.

زباله ها بر اثر دمای شدید پلاسماییِ بدون خاکستر، به موادی چون قطران، فلزات سنگین  و گازهای سمی تجزیه  می شوند. بدین ترتیب حجم زیادی بیوگاز مصنوعی سرشار از هیدروژن آزاد  می گردد. این بیوگاز از یک سیستم جذب فشار متغیر عبور داده  می شود تا در این فرایند، کلیه کربن ها و ذرات گازهای اسیدی جدا و نگهداری گردند. در نتیجه، هیدروژن 100 درصد خالص به دست  می آید. البته به ازای تولید هر تن هیدروژن حدود 23 تا 31 تن بیوگازکربنیک تولید  می شود. ولی از آنجایی که زباله های رها شده در طبیعت به تدریج تجزیه شده و مقادیر زیادی گاز متان تولید  می کنند و به سبب این که گاز متان 86 برابر گازکربنیک حرارت خورشید را در جو زمین به دام  می اندازد، لذا خالص گرمازایی این فرایند، در مجموع کمتر از صفر محسوب  می شود.

برتری فرایند پلاسمایی تولید هیدروژن بر نوع الکترولیزی، علاوه بر کاهش چشمگیر میزان زباله در جهان،  ارزانی و بالاتر بودن ظرفیت تولید آن است. برای تولید هر کیلوگرم هیدروژن الکترولیزی، 62 کیلووات ساعت برق و 30 لیتر آب مصرف  می شود. در حالی که در روش جدید، 1.8 کیلووات ساعت برق مصرف  می گردد. هیدروژن های خاکستری و قهوه ای با دمای کمتر از 2000 درجه سانتی گراد از گاز طبیعی و زغال سنگ به دست  می آیند. به دلیل ناکافی بودن حرارت، فرایندهای تبدیل حاوی گاز مصنوعی، قطران سمی و مقادیر کمی هیدروژن هستند.

در حال حاضر هیدروژن سبز الکترولیزی حاصل از انرژی های تجدیدپذیر، قریب 7.2 دلار به ازای هر کیلوگرم هیدروژن هزینه در بر دارد. طبق نورم بین المللی، هر دلار به ازای تولید یک کیلوگرم هیدروژن، تقریباً معادل 25 دلار به ازای هر مگاوات ساعت است.  البته در اسپانیا یک مزرعه خورشیدی 100 مگاواتی مستقیماً به یک سیستم الکترولیزی 20 مگاواتی هیدروژنی متصل گردیده و ادعای عجیبی شده که هزینه آن به 2 دلار به ازای هر کیلوگرم تقلیل یافته است.

هزینه تولید هیدروژن خاکستریِ حاصل از عملیات استخراج نفت و گاز به روش فرکینگ در آمریکا 2 دلار و در اروپا، استرالیا و آسیای شرقی (به دلیل فقدان معادن گاز طبیعی)  5 تا 6 دلار است. فرکینگ نوعی فناوری استخراج نفت و گاز، انرژی زمین گرمایی یا آب از اعماق زمین است. با استفاده از این فناوری به وسیله اعمال فشار هیدرولیکی بر لایه های ریگی و سنگی آغشته به مواد نفتی،  می توان نفت و گاز را جدا کرده و طی فرایندی آنها را به طور خالص تهیه نمود (تصویر زیر). چنانچه در روش فرکینگ مقررات سفت و سخت ایمنی رعایت نشود، ممکن است که موجب سمی شدن آبهای زیر زمینی و سطحی، تخریب سرزمین و حیات وحش ‌شود. با استفاده از فناوری فرکینگ، کشور آمریکا نه تنها توانسته از ورود مقادیر زیادی نفت خام بی نیاز شود، بلکه به یکی از بزرگترین صادر کنندگان نفت و گاز جهان تبدیل گردد.

مدت ها بود که برای تولید هیدروژن سبز از تأسیسات سرمایه‌بر الکترولیزی با دوره ساخت طولانی و ظرفیت محدود بهره‌ گیری  می گردید. در حالی که به نظر می رسد روش پلاسمایی، در تمامی زمینه ها نسبت به رقیب خود برتری آشکاری داشته باشد. هزینه تولید هیدروژن به روش پلاسمایی 2 دلار به ازای هر کیلوگرم است. کارخانه مزبور توان تولید 10 تن هیدروژن خالص در روز را دارد. قرار است  شرکت سولنا نیاز 1000 اتوبوس هیدروژنی شهرداری لس آنجلس را تأمین کند. در همین رابطه قراردادی هم با یک شرکت ژاپنی منعقد شده تا 90 ایستگاه شارژ هیدروژن در این شهر نصب و راه اندازی شود. یعنی به طور روزانه  می بایست 9000 تن هیدروژن به این ایستگاه ها تحویل داده شود. یادآور  می گردد که شرکت سولنا هنوز مجوزهای دشوار زیست‌ محیطی را دریافت نکرده است.  

اخیراً یک شرکت استارت آپی به نام (C-Zero.inc)، توانسته حمایت مالی بیل گیتز، مایکل بلومبرگ، شرکت نفتی اِنی (Eni)، میتسوبیشی (که سازنده توربین های هیدروژنی است) را به دست آورد. این شرکت توانسته به یک نوع فناوری دست یابد که با عبور دادن گاز طبیعی از میان نمک های مذاب، متان موجود در گاز طبیعی به دو بخش گاز هیدروژن و کربن جامد تبدیل  می شود. کربن جامد کاربری های متنوعی دارد، ولی اگر نتوان آن را کاملاً مصرف کرد، قابل دفن نمودن در زمین است.  متان  از یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن(CH4) تشکیل  می شود. دستیابی به منابع بی انتهای گاز طبیعی از طریق فناوری فرکینگ در کانادا و آمریکا، موجب انتشار حجم عظیمی از گازهای گلخانه ای  می شود. ضمن اینکه بخش بزرگی از گاز متان به خاطر نشتی های ناخواسته در هنگام تولید و انتقال گاز طبیعی، به جو زمین فرار  می کند. از آنجایی که این فناوری را  می توان مستقیماً بر سر چاه های گاز نصب و مورد استفاده قرار داد، امتیاز بزرگی محسوب  می شود. تصور شود که ایران بیش از 130 سال است که گازهای تعداد زیادی از چاه های نفت را به خاطر آزاد نشدن متان،  می سوزاند. اگر این نوع تأسیسات بر سر چاه های نفت نصب و راه اندازی شود، درآمدی هنگفت از محل فروش گاز هیدروژن نصیب ایران  می گردد.

مسئله اساسی این پروژه تحقیقاتی، اولاً کاستن از قیمت تمام شده این فرایند بر مبنای صرفه در مقیاس کلان است. لذا در این راستا قرار است که به زودی توان تولید به 1000 کیلوگرم هیدروژن در روز برسد. ثانیاً لازم است برای کربن جامد که یک محصول جانبی است، بازار مناسب یافت شود. یک شرکت استرالیایی که در یک فرایند کاملاً متفاوت، گاز طبیعی را به هیدروژن و گرافیت تبدیل  می کند، گرافیت ها را در باتری های لیتیومی به کار  می برد. از طرف دیگر کشورهای انگلیس و آلمان در نظر دارند به منظور انجام تعهدات خود طبق معاهده پاریس، گازکربنیک هوا را اخذ کرده و در لایه های زمین محبوس کنند. مدیران شرکت (C-Zero.inc) معتقدند که رهایی از کربن جامد به مراتب از اجرای طرح مورد نظر این دو کشور ساده تر و ارزانتر است.  شرکت (Ur One) نیز توانسته گازکربنیک را با هزینه ای به مبلغ 5 دلار به ازای هر تن، به دو بخش اکسیژن و کربن جامد تبدیل کند.

در سال 2018 چند شرکت آمریکایی همراه با نهادهای دولتی (نظیر اداره ی انرژی آمریکا) در یک شراکت تحقیق و توسعه، اقدام به آزمایش نسل چهارم راکتور اتمی نیروگاهی برای کاربری تولید هیدروژن توسط نمک مذاب کرده‌ اند. در این مجموعه آزمایش ها، میزان اثر گرمایش و قدرت اتمی برای تولید هیدروژن با بازدهی بالا مورد بررسی قرار گرفته است. در این رشته آزمایش هایِ راکتوری (تحت نام IMSR) که مدت دو سال به درازا کشیده، تولید هیدروژن در مقیاس صنعتی مد نظر بوده است. فرایند دوگانه مزبور، از نمک سولفور در نیروگاه  IMSR برای جداسازی هیدروژن از آب مورد استفاده قرار گرفته است. در حال حاضر برای تولید هیدروژن، 4 نوع راکتور با ظرفیت های 600، 557، 1250 و 400 مگاوات ساعت در حال فعالیت هستند. در راکتور حرارتی با سوخت مایع، از نمک فلوراید استفاده شده است. در روش IMSR نیز که دارای طیف گرمایی است، از سیستم گرافیت و نمک مذاب فلوراید بهره‌ برده  می شود. در این سیستم برای اولین بار، راکتور مدولار کوچک تولید برق برای سنتز شیمیایی هیبریدی و نمک‌زدایی استفاده شده است. پیش بینی  می شود، این روش طی دهه سوم قرن حاضر به ثمر برسد.

سیستم تولید هیدروژن با استفاده از نمک سولفور، دارای دو سیکل شیمی- گرمایی است که بر اکسیداسیون یا رقیق‌سازی سولفور استوار است. گام اصلی در این فعل و انفعالات، تجزیه الکتروشیمیایی آب به وسیله دی‌اکسید سولفور و الکترولیز کننده دی_ پُلاریزه شده است. با این روش از هر دو نوع انرژی یعنی گرمایی (78 درصد) و برقی (22 درصد) استفاده  می شود. بدین ترتیب با کاهش شدید مصرف برق سبز، هزینه های تولید هیدروژن به شدت کاهش یافته و به هزینه ای کمتر از 2 دلار به ازای هر کیلوگرم  می رسد. لذا راکتور نمک مذاب بهترین گزینه برای بهبود بازدهی ناشی از کاهش مصرف نیروی الکتریکی است. خاطر نشان  می سازد که انرژی نیروگاه اتمی جزو انرژی های غیر آلاینده گرمایش زمین محسوب  می گردد و استفاده از آن برای تولید انبوه هیدروژن ابتکار جالبی محسوب  می گردد. با این وجود موانع اصلی این پروژه شامل تنزل هزینه های تولید هیدروژن، بهبود بازدهی سیستم انرژی و تقلیل میزان سرمایه گذاری کل، همچنان تا چند سال آتی چالش برانگیز است. مشکل اساسی این سیستم اینست که دستگاه های نظیر پمپ ها و قطعات مختلف راکتور در معرض تماس مستقیم نمک مذاب و ذرات اتمی قرار می گیرند. لذا ضمن آلوده شدن به مواد رادیواکتیو، به سرعت تحت فرسایش قرار می گیرند. هنوز قطعات نسبتاً ارزان و در عین حال کاملاً مقاوم در برابر این شرایط یافت نشده است. در تصویر زیر راکتور نمک مذاب و فرایندهای الکتروشیمیایی مربوطه نشان داده شده است.

روش های تولید انبوه و ارزان مواد راهبردی چون فولاد و گرافین، یک گام حیاتی به سوی توسعه پایدار صنایع جهان  می باشد. استفاده از هیدروژن سبز ارزان به عنوان سوخت آینده این گونه صنایع انرژی‌ بر به شدت مورد توجه قرار گرفته است. ولی تا رسیدن به تولید انبوه و ارزان هیدروژن سبز، موانع متعدد فناورانه‌ وجود دارد که باید به تدریج رفع شوند. روش الکترولیزی تولید هیدروژن، مشکلاتی چون فرسایش تجهیزات، گرانی کاتالیست ها، انتقال هیدروژن (به لحاظ ایمنی و هزینه) از محل تولید تا مصرف را دارد. اما بر اثر مطالعات جدید معلوم گردیده که از جنبه ترمودینامیکی، قابلیت و بازدهی فرایند تجزیه آب در دماهای بالا بهبود  می یابد. در نتیجه روش عملی رفع معضلات مزبور را  می توان با دماهای بالای نمک مذاب رفع کرد و محصول هیدروژن را برای ساخت فلزات و آلیاژهای گرانبها به کار برد.

از جمله برای ساختارهای پیشرفته نانویی کربن (مثل گرافین تک یا چند لایه با کیفیت و ارزش افزوده ی بالا یا الماس های نانویی) محصول هیدروژن را مورد استفاده قرار داد. همچنین از آن به عنوان گاز محافظ جوشکاری و خنک کننده در نیروگاهها بهره برد. این نوع کاربریها از آنجایی جذاب است که صنعت فولاد با 1.8 میلیارد تن تولید در مرکز توسعه ی جهانی قرار دارد، که متأسفانه بر اثر آن به طور ناخواسته، همه ساله حدود 3.2 میلیارد تن گاز کربنیک تولید  می شود.

در حال حاضر الکترولیز بخار اکسید جامد (solid oxide steam electrolysis SOSE) در دمای 700 تا 1000 درجه ی سانتی گراد تنها راه تولید هیدروژن در دماهای بالاست. اما این سیستم به مواد بسیار گرانبها نیاز دارد. ضمن اینکه سلولهای الکترولیز SOSE در معرض تنزل کیفیت قرار  می گیرند. اما روش جدید بر اساس پیش‌ساز آب در دمای بالای نمک مذاب و استفاده از هیدروژن تهیه شده از مواد خاص است. نمک مذاب خاصیت آن را دارد که رطوبت را در دماهای بالا از محیط بگیرد. مثلاً آب در LiCl مذاب، حلال  می شود تا از طریق فعل و انفعالات الکترولیز، عامل ایجاد هیدروژن (کاتیون) و اکسیژن (آنیون) گردد. در نظر گرفته شود که در این سیستم، عمل الکترولیز در ولتاژهای پایین صورت می گیرد و نمونه های ایجاد شده (Li2O  و HCl) به راحتی در ماده مذاب حل  می گردد. در تصویر زیر این فرایندها که با قیمتها ارزانتر و بهره‌ورتر انجام  می پذیرد و توسط علیرضا کمالی در دانشگاه نورث ایسترن شنیانگ چین طراحی شده، ملاحظه  می گردد.   

 اخیراً محققین آلمانی و آمریکایی به کمک یک مدلِ اقتصاد نظری، امکان سودآوری جفت شدن انرژی بادی با الکترولیزی پلیمری (PEM) را بررسی کرده‌اند. آنها با نورمال کردن محاسبات به یک کیلووات، نشان داده‌اند که نقطه ی سربه سر تولید هیدروژن باید در آلمان و تکزاس 3.53 دلار به ازای هر کیلوگرم باشد. این موضوع برای تولید هیدروژن در مقیاس های کوچک و متوسط درست از کار در  می آید. اما برای هیدروژن حاصل از گاز طبیعی صدق نمی کند که بین 1.7 تا 2.52 دلار در هر کیلوگرم است. ولی تا یک دهه ی دیگر به سبب سرمایه‌گذاریهای در حال انجام برای افزایش بازدهی تولید انرژی تجدید‌پذیر از یک طرف و سیستم الکترولیز از طرف دیگر، رقابت پذیری قیمت تمام شده دو نوع انرژی به یکدیگر نزدیک  می شود. تا آن زمان لازم است که دولتها نسبت به ارائه ی یارانه ی مناسب به سوختهای سبز ادامه دهند. 

مخازن ذخیره سازی هیدروژن

ذخیره کردن گاز هیدروژن، فضای بزرگی را اشغال  می کند. بنابراین برای ذخیره کردن آن به صورت اقتصادی، لازم است که آن را تحت فشار زیاد قرار داده یا اینکه به مایع تبدیل نمود. در هر دو صورت مخازن گاز باید برای نگهداری بسیار محکم و با دوام باشند.  امروزه برای ذخیره‌ سازی هیدروژن در مقیاسهای کوچک، دو مسئله ی بنیادین نقطه ی جوش و نرخ نشتی گاز مطرح است. معمولاً برای مخازن تحت فشار خودروها، از فشار 700 بار بهره گیری  می گردد تا میزان انرژی ذخیره شده به حد کافی و مورد نیاز وجود داشته باشد. به همین دلیل نیز از جنبه ی تأمین انرژی برای خودرو، قدری گران تمام  می شود. ضمن اینکه در چنین فشاری، مقادیر کمی گاز هیدروژن از دیواره مخزن نشت  می کند. لذا لازم است که مخازن کلفت‌ تر و سنگین‌ تری ساخته شوند که از جنبه ی صنعت خودروسازی، یک عیب محسوب  می گردد. قضیه ی مرغ و تخم مرغ در اینجا نیز مصداق دارد. تأمین مالی پروژه های تحقیقاتی برای ساخت مخازن، به سبب تقاضای کم برای مصرف هیدروژن، با مشکل روبروست. و به دلیل نبود سیستم های مؤثر ذخیره‌ سازی هیدروژن، تقاضا برای مصرف هیدروژن اندک باقی  می ماند. بدین ترتیب لازم است که در ابتدا با مداخله‌ و سرمایه‌گذاری دولتها برای انجام پروژه های پژوهشی بابت ساخت مخازن سبک، باکیفیت، با دوام و ارزان، بر این مشکلات ناچیز فنی نیز چیره ‌شد.

مخازن  می بایست برای ذخیره سازی و مصرف هیدروژن به گونه ی ارزان، محکم، سبک، ایمن و کاربردی طراحی و ساخته شوند. اولین مخزن از نوع چهار، در سال 2001 با تحمل فشاری برابر با 700 بار (7 مگاپاسکال یا 10 هزار PSI ) ساخته شد. اولین پیل های سوختی دارای این نوع مخازن، توسط خودروسازان بزرگی چون تویوتا، مرسدس بنز و جنرال موتورز به کار گرفته شدند. بعدها مخازن بسیار کم فشار در اندازه ی یک لیتری و با فشار 10 بار (150 PSI) ساخته شده‌اند. اخیراً شرکت سازنده ی پیلهای سوختی هورایزن، مخازن هیدرایدِ فلزی با فشار 30 بار را که به سادگی قابل پر کردن برای مصارف عمومی است، تولید کرده است. در هر حال مخازن هیدروژن در 5 نوع ساخته  می شوند:

• نوع یک: مخازن فلزی با حداکثر فشار تقریبی از جنس فولاد (200 بار) و آلومینیومی (175 بار).
• نوع دو: مخازن فلزی با تسمه های پیچشی در اطراف سیلندرهای فلزی، از جنس‌ فیبرهای شیشه ای یا کربنی یا آراماید (پلی آمید آروماتیک) با حداکثر فشار تقریبی برای آلومینیوم_ فیبرشیشه ای 263 بار (3810 PSI) و همچنین فولاد_ فیبرهای آراماید یا کربنی  299 بار (4340 PSI).
• نوع سه: مخازن از جنس کامپوزیت نظیر فیبرهای شیشه ای، کربنی یا آراماید با لایه ی پوشش فلزی آلومینیومی یا فولادی. حداکثر فشار تقریبی آلومینیوم_ فیبر شیشه ای 305 بار (4420 PSI)، آلومینیوم_ آراماید 438 بار (6350 PSI) و آلومبنیوم_ کربن 700 بار (10 هزار PSI).   
• نوع چهار: مخازن کامپوزیتی همچوم فیبر کربنی با لایه ی پوشش پلیمری (پلاستیک حرارتی) از طریق ریختن ماده ی پلاستیک مذاب در درون مخزن و چرخش دورانی آن برای یکنواخت کردن ضخامت پوشش. حداکثر فشار تقریبی 700 بار (10هزار PSI).
• نوع پنج: همه نوع مخزن کمپوزیتی، بدون لایه ی پوششی با فشار 1000 بار (15 هزار PSI).

انواع آزمایش های مخازن و ملاحظات ایمنی مربوطه (بر مبنای 15869 ISO/TS):

• آزمایش ترکیدن: اعمال فشاری که با آن مخزن  می ترکد (معمولاً دو برابر فشار کاریست).
• آزمایش اثبات: میزان فشاری که دعوی تحمل آن توسط مخزن داده شده است (معمولاً بالاتر از فشار کاریست).
• آزمایش نشتی: بر حسب NmL/hr/L (لیتر معمولی هیدروژن/ ساعت/ حجم مخزن).
• آزمایش خستگی: معمولاً به وسیله ی چندین هزار دفعه پُر و خالی کردن مخزن.
• آزمایش آتش سوزی: قرار گرفتن مخزن در برابر آتش مستقیم.
• آزمایش گلوله: شلیک گلوله ی دارای مهمات به مخزن.

متعاقبا این آزمایش ها تحت استاندارد ISO 13985 ، صرفا برای مخازن هیدروژن مایع قابل اعمال شناخته شد. اما به دلیل اینکه هیدروژن دارای مولکول های بسیار ریز و غلظت کمی است، امکان نشتی مخازن همچنان وجود دارد.

شرکت DMI آمریکا یک منبع ذخیره هیدروژن با ابعاد 22.5*43.5 سانتی متر از جنس کامپوزیت فیبرکربن ساخته است که دارای پوششی از یک لایه ی پلیمر چگالی بالا است. برای اولین بار این شرکت توانسته مجوز اداره حمل‌ و نقل آمریکا را برای یک مخزن بسیار سبک که توان تحمل فشاری تا 350 بار را دارد، به عنوان مخزنی قابل اعتماد و ایمن اخذ کند. این نوع مخزن یقیناً استفاده سوخت هیدروژن در پهپادها را به سرعت گسترش خواهد داد.

شرکت HPS آلمان در سال 2021 یک نوع مخزن ذخیره ی هیدروژن خانگی ساخته که مدعی است 100 برابر ظرفیت سیستم باتریهای خانگی قابلیت ذخیره سازی و 90 درصد نرخ بهره‌برداری دارد. این نوع مخازن با ذخیره‌سازی هیدروژن حاصل از انرژی خورشیدی و الکترولیز  می توانند در مواقع شدیداً ابری یا تاریک، برق یا حرارت را برای خانوارها تأمین کنند.

در حال حاضر وسایل نقلیه‌ مجهز به پیل سوختی، برای ذخیره سازی هیدروژن، از سیلندرهای پرفشار گاز استفاده  می کنند. ولی این سیلندرهای پر فشار هیدروژن، به لحاظ چگالی و ایمنیِ ذخیره‌سازی، دارای محدودیت هستند. فعلاً دو نوع مواد برای ذخیره‌سازی هیدروژن وجود دارد: اول موادی برای سطح زیاد (هیدروژن فیزیکی) که در قالب سیلندرهای متفاوت ساخته می شوند و دیگری بهره گیری از آلیاژهای هیدروژنی (ذخیره‌ سازی به صورت شیمیایی). هر دو آنها به سختی  می توانند ظرفیت ذخیره‌ سازی کافی و نیازهای اجرایی عملیاتی را کاملا برآورده سازند. در روش پیشنهادی جدید که از عناصر معمولی و نسبتاً ارزان استفاده می شود، با افزایش سطح تماس هیدروژن با بدنه مخزن، ظرفیت ذخیره‌ سازی آن به طور قابل ملاحظه ای افزایش  می یابد. برای این منظور سطح مخزن به کنده کاری نیاز دارد تا بخشی از لایه های اتم آلومینیوم از بین لایه های نانویی برداشته شود. بدین وسیله، فاصله ی بین لایه ها به اندازه ی کافی باریک  می گردد (0.6 تا 0.7 نانومتر) که برای تشکیل اثر پمپ نانویی حیاتی است. بدین ترتیب هیدروژن به فضای بین دو صفحه نانویی (Ti2C) کشانده  می شود. هر چند که تولید انبوه این نوع مواد، نیاز به غلبه بر چالش های کنترل کیفیت و ثبات دارد، ولی قرار است که این مشکلات نیز در گام های بعدی رفع شوند. 

اگر چه در رابطه با تولید گاز هیدروژن سبز، گشایش های سدشکنانه ای صورت پذیرفته است، اما به دلیل اندازه  بسیار کوچک مولکول ها، امر ذخیره‌ سازی گاز هیدروژن به عنوان یک مشکل حیاتی باقی مانده است. اخیراً در نشریه  چینی فناوری نانوی طبیعت، نتیجه انجام یک پژوهش منتشر و در آن از یک روش نوین پرده برداشته شده است. در این روش از آلیاژ کاربید تیتانیوم، با ضخامتی به میزان چند اتم به عنوان یک واسطه، تحت فشار 60 بار قرار گرفته است. بدین وسیله یک پمپ نانویی برای ذخیره کردن هیدروژن ایجاد  می شود که دو برابر روش های قبلی بازدهی دارد. این راهکار جدید، در مقایسه با دیگر روش های ذخیره‌ سازی هیدروژن در دمای خانه، به لحاظ فشار کمتر و توان ذخیره‌ سازی بیشتر، برتری دارد. به تعبیری دیگر، در یک فشار مساوی، دو برابر ظرفیت ذخیره‌ سازی ایجاد  می گردد. ضمن اینکه رها‌سازی هیدروژن، سریع‌ تر و در عین حال کنترل پذیر‌تر  می شود. همین موضوع نوید راهبرد طراحی و ساخت عملی و مناسب مواد ذخیره‌سازی هیدروژن را  می دهد.

اخیراً اتحادیه اروپا، پروژه راه اندازی سیستم هیدروژن- پایه ذخیره‌‌ سازی انرژی را در یکی از جزایر یونانی مدیترانه تأمین مالی کرده است. معمولاً جزایر به سیستم برق ملی متصل نیستند. بنابراین از دیزل- ژنراتور مستقل یا منابع تجدیدپذیر خورشیدی یا بادی بهره‌ برداری  می گردد. منابع تجدیدپذیر عموماً توان بالایی برای تقاضای انبوه را ندارند و برق نیز فاقد قابلیت ذخیره‌ سازی زیاد است.

در این حالت، هیدروژن به سبب توانایی ذخیره سازی قابل توجه و سازگاری با محیط زیست، از برتری ویژه ای برخوردار است. ضمن اینکه منابع تجدیدپذیر خورشیدی و بادی  می توانند در تولید هیدروژن به کار روند. سیستم مزبور به این صورت است که به وسیله سازوکار الکترولیز، برق با منشأ منابع تجدیدپذیر به هیدروژن تبدیل  می گردد (نیرو به گاز) و پس از ذخیره سازی انبوه، با استفاده از پیل سوختی، هیدروژن به برق تبدیل  می شود (گاز به نیرو). هدف از این برنامه راه انداری نظام انرژی پایدار از طریق جایگزینی کامل سوخت فسیلی با انرژی تجدیدپذیر در سراسر اروپا تا دو دهه ی آینده است. اما در این جا نیز مسئله ی به کارگیری مخازن بزرگ، ارزان و مقاوم هیدروژن مطرح  می باشد.  

(این نوشتار ادامه دارد)

* مشاور انجمن صنفی شرکت‌های حمل و نقل ریلی و خدمات وابسته