پيل سوختي
تکنولوژي پيل سوختي – آيندهاي با آلايندههاي صفر
هدف از ارائه اين مقاله، ترسيم چشماندازي براي آينده مصرف سوختهاي پايه نفتي و جلوگيري از انتشار آلايندههاي ناشي از آن است.
سياستها و راهحلهاي مختلفي در چارچوب برخي تبصرهها در کشور براي مديريت مصرف سوخت و کاهش آلودگي ارائه ميشود و شايد جاي يک تفکر سياستگذارانه در اين مبحث خالي باشد.
اين نوشتار ميکوشد راهحلها و برنامههاي مدون ارائه شده ازسوي DOE (بخش انرژي) و NREL (آزمايشگاه ملي انرژيهاي تجديد شدني National Renewable Energy Laboratory ) ايالاتمتحده را در اين زمينه ارائه کند که با بوميسازي آن ميتوان تلاشهاي کشور را در اين خصوص، سمت و سو داد.
روزي را تصور کنيد که با خودرويتان از سر کار به خانه ميرويد و آن را به شبکه خانه متصل و برق لازم براي روشنايي خانه را فراهم ميکنيد و بعد در نيمههاي شب، برق خانه و شبکه، قابليت لازم براي توليد انرژي روز بعد را براي خودروي شما ايجاد ميکنند.
از لحاظ فني، چنين آيندهاي قابل تصور است زيرا خودروي شما ميتواند يک خودروي پيل سوختي باشد که از هيدروژن براي توليد برق استفاده ميکند. اتومبيل شما ميتواند بهعنوان ژنراتور (مولد) توزيعکننده و خانه شما بهعنوان توليدکننده انرژي و ايستگاه سوختگيري عمل کند. اگر هيدروژن و برق توليدي از منابع و تکنولوژيهاي تجديدپذير بهدست آيد، ميزان آلايندههاي ناشي از مصرف انرژي براي منزل و خودروي شما ميتواند صفر در نظر گرفته شود.
تلاش براي دستيابي به چنين آيندهاي، براي بخش حمل و نقل امريکا حياتي است زيرا حملونقل اين کشور بهطور کامل وابسته به نفت است و تقريبا ۶۰درصد از واردات سواحل خارجي به اين کشور را دربرميگيرد که بهطور مستقيم به حجم عظيمي از آلايندهها و گازهاي گلخانهاي مبدل ميشود.
نتيجه تحقيق در زمينه تکنولوژي پيشرفته باتري- سوخت که از هيدروژن براي ايجاد قدرت در خودرو بدون توليد آلودگي استفاده ميکند، دستيابي به خودروهايي رقابتي با کارايي بالاتر، هزينه نگهداري پايينتر و آلودگي کمتر خواهد بود.
● تحقيق و توسعه
اگرچه اين برنامه، بسيار نوپاست اما اهداف دراز مدت آن کاملا مشخص است: خودکفايي بيشتر در بخش انرژي ، کاهش آلايندگي و ايجاد زيرساخت براي تامين هيدروژن.
دستيابي به اين اهداف نيازمند رويکردي منظم است و بازيگران فراواني را درگير خواهدکرد: قطعهسازان، خودروسازان، صنايع انرژي، سازمانهاي دولتي و آزمايشگاههاي ملي.
يکي از اين دلايل آن است که NREL سالهاست از سوي DOE ( سازمان انرژي Dept. Of Energy) حمايت ميشود.
NREL از دو طريق براي رسيدن به اين اهداف تلاش ميکند:
۱) توسعه سيستمها، مجموعهها و خودروهاي پيشرفته
۲) انجام آزمايشها و گسترش استفاده از سوختهاي جايگزين
● خط سير استفاده از خودروهاي پيشرفته
يکي از اشکالات عمده سيستم حمل و نقل فعلي اين است که تاحد زيادي برپايه موتورهاي احتراق داخلي استوار است که بسيار ناکارآمدند زيرا تنها کمتر از ۱۸درصد از انرژي سوخت را به انرژي جنبشي موردنياز براي حرکت خودرو تبديل ميکنند.
جايگزين ديگر اين سيستم، خودروي الکتريکي است که ميتواند راندماني بالاتر از ۶۰ درصد داشتهباشد و طي فرايند، آلايندهاي ايجاد نکند اما به هر حال با عموميترين انتخاب جايگزين يعني خودروهاي الکتريکي (باتريها) تنها مدت کوتاهي ميتوان رانندگي کرد اما با ترکيب موتورهاي احتراق داخلي با نيروي محرکه الکتريکي ميتوان از بهترينهاي هر دو گستره بهره برد: خودروهاي هيبريد الکتريکي با مدت زمان رانندگي بسيار خوب، افزايش راندمان قابلقبول به نسبت موتورهاي احتراق داخلي و آلايندههايي که به ميزان قابل توجه کاهش يافتهاند.
با اين رويکرد شما در مسيري بهسوي آينده حرکت ميکنيد؛ جاييکه پيل سوختي سرانجام جاي موتور در خودروهاي هيبريد الکتريکي را ميگيرد.
در راه رسيدن به اين آينده، NREL بر رويکرد سيستمي تمرکز ميکند که در آن اجزا و زير مجموعهها براي تعيين نحوه کارکردي منتج به بهترين عملکرد ، تحليل ميشوند. بهاين منظور برنامهاي کامپيوتري براي مدلينگ طراحي شده است که بهينهسازي طراحي اجزا و سيستمهاي HEV (خودروهاي هيبريد الکتريکي) را بسيار سريعتر انجام ميدهد.
يکي از زير مجموعههاي مورد تحليل، باتري و راندمان گرمايي آن است. باتريهاي مختلف گرايش به ارائه بهترين کارکرد در محدوده دمايي ويژه خود را دارا هستند، لذا با کنترل تغييرات دمايي ميتوان بر عمر و راندمان خودرو تاثير گذاشت.
از ديگر مجموعههاي مهم ميتوان آنهايي را نام برد که در راحتي سرنشينان تاثير ميگذارند، نظير گرمايش، تهويه، خنککاري و تميز نگهداشتن هوا که اين بخشها ميتوانند انرژي زيادي مصرف کنند. NREL بر بهينهسازي اين مجموعهها بهنحوي که بيشترين آسايش را براي سرنشينان با کمترين مصرف سوخت و آلودگي فراهم آورد، تاکيد ميکند.
اين رويکرد سيستمي ميتواند سالانه از مصرف ميليونها ليتر سوخت جلوگيري کند و درنتيجه از وابستگي به واردات سوخت بکاهد و همچنين باعث کاهش آلودگي شود.
● خط سير سوخت
گرچه رويکرد هيدروژني يکي از برجستهترين نقشها را در رسيدن به سوختي ايدهآل داراست اما انتخابهاي بسياري ممکن است وجود داشته باشد تا طبيعت را از مصرف منابع نفتي و افزايش آلودگي برهاند که استفاده از سوختهاي جايگزين يکي آنهاست .
از جمله سوختهاي جايگزين ميتوان از گاز طبيعي فشرده (CNG)،گاز طبيعي مايع شده (LNG)، اتانول و متانول نام برد که ميتوان در وسايل نقليه از آنها استفاده کرد.
بهترين گام در درک چگونگي قطع آلودگي و کاهش مصرف سوخت با استفاده از سوختهاي جايگزين، مشخصکردن مبنايي براي مقايسه درک خواص سوختها و نتايج استفاده از آن است.
NREL چنين مبنايي را براساس برنامه سنجش که براي DOE مديريت ميکرد، بنا نهاد. در اين برنامه خودروها، کاميونها، ونها، اتوبوسها و قايقهاي گوناگوني که سوختهاي جايگزين مصرف ميکردند موردآزمايش قرار گرفتند. اين برنامه منتهي به ايجاد يک بانک اطلاعاتي از سوختهاي جايگزين به نام مرکز اطلاعات سوختهاي جايگزين ميشود. ثبت خواص و مختصات عملکردي آنها در اين بانک اطلاعات، محققان، خودروسازان و متوليان سوخت را در تحقيقات و تصميمگيريها کمک ميکند.
قدم بعدي، گسترش استفاده از سوختهاي جايگزين مشتق از منابع تجديد شدني است.NREL اين برنامه را با رويکرد بيوسوختها (سوختهاي با پايه موجودات زنده) گسترش ميدهد. اين سوختها در بيشتر موارد با بنزين مخلوط ميشوند. اين استراتژي نه تنها به سوختهاي جايگزين تنوع بيشتري ميدهد بلکه به کاهش آلودگي نيز کمک ميکند.
روش بعدي، توليد هيدروژن از منابع تجديد شدني است که هم بهعنوان سوخت و هم بهعنوان حامل انرژي استفاده ميشود.
انتخاب ديگر براي کاهش ميزان آلايندهها، گسترش سوخت ديزل پاک براي خودروهاي سنگين است. تقريبا ۲۰ درصد از سوختهاي مورداستفاده در بزرگراههاي امريکا سوخت ديزلي است و وسايل نقليه سنگين سالانه هزاران تن اکسيدهاي نيتروژن و ساير آلايندهها را وارد هوا ميکنند.
NREL به واسطه همکاري با صنايع، در توسعه تکنولوژيها و راهبردهاي کاهشدهنده آلايندههاي ديزلي، کمک ميکند.
رويکرد ديگري که ازسوي NREL و شرکاي آن ارائه ميشود، گسترش استفاده از سوختهاي پاک متعارف ديزلي همراه با فيلترهاي کاتاليزوري است. رويکرد بعدي، استفاده از سوختهاي پاک مصنوعي حاصل از گاز طبيعي يا گازهاي مصنوعي بهويژه هيدروژن و منوکسيدکربن است. با اين روش که در آن به موتور تغييريافته ديزلي براي سوزاندن اين سوخت مصنوعي نياز است، توليد منوکسيدکربن تقريبا قطع ميشود و ذرات آلاينده و اکسيدهاي نيتروژن نيز تا ۹۷ درصد کاهش مييابد.
● سوختهاي طراح
يک استراتژي ديگر، طراحي سوختهاي ديزلي در سطح مولکولي است. با اين روش ميتوان خواص ويژه سوخت نظير عدد ستان (مقياسي براي سهولت اشتعال)، دماي خوداشتعالي و ميزان احتراق را طراحي کرد. هر کدام از اين خواص توسط ساختار مولکولي سوخت کنترل و در نهايت براي دستيابي به راندمان بالا و کاهش آلايندگي، بهينه ميشوند.
ماهنامه انديشه گستر سايپا
https://paperpdf.ir/10001455
