هیدروژن بسیار پرکاربرد است. به طور کلی هیدروژن به دو صورت مورد استفاده قرار می‌گیرد:

  • هیدروژن به عنوان ماده اولیه. نقشی که سال‌هاست اهمیت آن شناخته شده و همچنان در حال رشد است.
  • هیدروژن به عنوان منبع انرژی و انتقال آن. این کاربرد هیدروژن مدتیست که آغاز شده و کم‌کم در حال پیشرفت است. در سال‌های آینده این زمینه به شدت رشد خواهد کرد. تطبیق پذیری هیدروژن و چندکاربرده بودن آن دلیلیست که هیدروژن می‌تواند به حذف کربن از اقتصاد کمک کند.

کاربرد هیدروژن به عنوان ماده اولیه

امروزه از هیدروژن در صنایع مختلف استفاده می‌شود. از جمله این کاربردها می‌توان به استفاده از این ماده به عنوان ماده اولیه در صنایع شیمیایی و همچنین به عنوان یک عامل کاهنده در صنعت متالوژی اشاره کرد. هیدروژن ماده اصلی در تولید آمونیا (و در نتیجه کودهای شیمیایی) و همچنین متانول است که در تولید پلیمرها استفاده می‌شود. در پالایشگاه‌ها از هیدروژن جهت فراوری محصولات نفتی استفاده می شود. بنابرین حدود 55 درصد از هیدروژنی که در دنیا تولید می شود جهت سنتز آمونیا، 25 درصد جهت پالایش مواد نفتی و 10 درصد هم در تولید متانول مصرف می شود. دیگر کاربردهای هیدروژن تنها 10 درصد از باقی‌مانده هیدروژن را شامل می شوند.

 

آمونیاک و کودهای شیمیایی

مهم‌ترین ترکیب هیدروژن و نیتروژن، آمونیاک (NH3) است. آمونیاک توسط فرایند بوش-هابر در مقیاس صنعتی تولید می شود. این پروسس هیدروژن و نیتروژن را مستقیما با همدیگر ترکیب می کند. برای رسیدن به این محصول لازم است که ابتدا هیدروژن و نیتروژن را تولید کرد. در مورد نیتروژن، این کار با جداسازی هوا در دمای پایین انجام می شود، در حالی که هیدروژنی که امروزه تولید می شود نتیجه فرآیند ریفورمینگ بخار گاز طبیعی است.

حدود 90 درصد از آمونیاک تبدیل به محصولات کودی می شود. به خاطر اینکه جهت تبخیر آمونیاک انرژی و گرمای زیادی لازم است، از این گاز در سردخانه‌ها به عنوان یک گاز سازگار با محیط زیست و سردکننده‌های ارزان‌قیمت استفاده می شود که نام فنی آن R-717  است.

کاربردهای صنعتی هیدروژن

هیدروژن در صنایع مختلفی کاربرد دارد. از جمله آن‌ها می‌توان به صنایع فلزی و خصوصا آلیاژ‌ها، تولید شیشه‌، صنعت الکترونیک و دیگر کاربردهایی همچون تولید الکتریسیته اشاره کرد. کاهش مستقیم سنگ آهن (یعنی جداسازی اکسیژن از سنگ آهن) می تواند در صنعت تولید فولاد بسیار مهم شود، زیرا در روش‌ مرسوم کوره ذوب آهن، مقادیر زیادی از کربن در هوا آزاد می شود. با وجود اینکه امروزه کاهش مستقیم به کمک گاز طبیعی در فرایند تولید فولاد در حال جا افتادن است، روش‌هایی که هم اکنون به کمک هیدروژن این کار را انجام می‌دهند تنها در مقیاس آزمایشگاهی در حال انجامند.

تولید سوخت به کمک هیدروژن

هیدروژن جهت فراوری نفت خام به سوخت‌هایی همچون گازوئیل و بنزین کاربرد دارد و همچنین ناخالصی‌هایی همچون سولفور را از این سوخت‌ها حذف می‌کند.

استفاده از هیدروژن در پالایشگاه‌ها در سال‌های اخیر به چند دلیل افزایش یافته است:

  • قواعد سخت‌گیرانه‌ای که تاکید بر مقادیر بسیار کم سولفور در دیزل دارند
  • افزایش میزان مصرف نفت خام سنگین که به هیدروژن بیشتری جهت پالایش نیاز دارد
  • افزایش میزان مصرف روغن در اقتصادهای در حال توسعه همچون چین و هند

تقریبا 75 درصد از هیدروژنی که توسط پالایشگاه‌ها مصرف می شود، هم اکنون در کارخانه‌های بزرگی که هیدروژن را از گاز طبیعی و دیگر سوخت‌های هیدروکربی تولید می کنند، تامین می گردد.

هیدروژن همچنین ماده پایه مهمی جهت تولید متانول است. تولید متانول به کمک هیدروژناسیون کاتالیزوری کربن مونوکسید صورت می گیرد. متانول می تواند به صورت مستقیم به عنوان یک سوخت در موتور‌های احتراق درونی استفاده شود.

آغاز راه…کاربرد هیدروژن به عنوان انرژی

در زمینه انرژی، بیشتر هیدروژن در پیل‌های سوختی استفاده می شود. پیل سوختی یک دستگاه الکتروشیمیایی است که هیدروژن و اکسیژن را ترکیب می کند تا جریان برق تولید شود که محصولات جانبی آن آب و یا گرما می باشد. در ساده‌ترین حالت، یک پیل سوختی تنها شامل دو الکترود (یک آند و یک کاتد) است که محلول الکترولیت بین این دو قرار گرفته است. در آند، هیدروژن با کمک یک کاتالیست، یون‌ مثبت و یک الکترون تولید می کند. یون مثبت که در واقع یک پروتون است، از الکترولیت عبور می کند و این در حالیست که الکترون نیز در یک مدار بیرونی حرکت می کند که همین باعث ایجاد یک جریان می شود. در کاتد، اکسیژن با یون مثبت تولیدی واکنش می دهد و در نتیجه آن آب و گرمای قابل بهره‌برداری تولید می شود.

کاربرد هیدروژن در حمل و نقل

سوخت هیدروژنی در صورت که بتواند یک منبع انرژی تجدید پذیر را از طریق فرایند الکترولیز ایجاد کند، یک کاندید عالی جهت مشارکت در کربن زدایی دنیاست. در این مورد، مزیت اصلی خودروهای الکتریکی دارای پیل سوختی این است که میزان انتشار کربن دی اکسید و دیگر آلاینده‌ها در آن‌ها به عدد صفر می رسد (در واقع از اگزوز آن‌ها آب! خارج می شود.) و همچنین بازده این پیل‌های سوختی نسبت به موتور های احتراق درونی بالاتر است. اتوبوس‌ها و خودروهای مسافربری که جدیدا در حال راه پیدا کردن به شهرها هستند، نمونه‌های خوبی از این تکنولوژی هستند که نشان می دهد در سال‌های آتی تجاری سازی عظیمی در این زمینه رخ خواهد داد. برای مثال در حال حاضر پژوهش‌های مختلفی جهت استفاده از خودروها، هواپیماها، اتوبوس‌ها و دیگر وسایل نقلیه‌ که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کنند در حال انجام است.

 

×

سلام!

جهت ارتباط، روی پروفایل بخش مورد نظر خود کلیک کنید.

×