چگونگی ذخیره و فروختن سوخت هیدروژنی

درحالیکه شارژ خودروهای الکتریکی زمان‌بر و طاقت‌فرسا محسوب می‌شود، شاید برای شما جالب باشد که بدانید هیدروژن به عنوان پاک‌ترین سوخت دنیا، چگونه ذخیره‌سازی خواهد شد و در دسترس قرار خواهد گرفت.

ممکن است استفاده گسترده از سوخت هیدروژن در زمان کنونی عجیب به نظر برسد؛ اما این یکی از جذاب‌ترین خصوصیات فناوری است که خیلی زودتر از آنچه تصور می‌کنیم، پیرامون ما را فرا خواهد گرفت و همه‌گیر خواهد شد. شاید همین چند سال پیش فکر می‌کردیم خودروهای هیبریدی تا ده‌ها سال بعد تولید انبوه نمی‌شوند و تویوتا با پروژه‌ی پریوس شکست خواهد خورد یا لااقل تنها خواهد ماند؛ اما حالا مدل‌های اقتصادی و ارزان قیمت برندهای مختلف با فناوری هیبرید و حتی ابرخودروهای هیبریدی با قیمت‌های میلیون دلاری هم تولید می‌شوند؛ پس مطمئن باشید سوخت هیدروژنی از آنچه شما فکر می‌کنید به خیابان‌های جهان، نزدیک‌تر است.

به طور خلاصه سوخت هیدروژن که به آن پیل سوختی نیز گفته می‌شود، از ترکیب هیدروژن با اکسیژن محیط، برق تولید می‌کند که انرژی لازم برای پیشرانه الکتریکی خواهد بود. خودروهای هیدروژنی باتری‌هایی به مراتب کوچک‌تر و سبک‌تر از باتری موجود در خودروهای برقی و هیبریدی به همراه دارند که فقط در هنگام شتاب‌گیری وارد عمل می‌شوند. از سویی دیگر مقدار ناچیزی آب که حاصل واکنش هیدروژن و اکسیژن است نیز به عنوان ماده‌ی زائد به محیط پس داده می‌شود. در این میان تنها چالش بر سر راه همه‌گیر شدن این فناوری، تأمین هیدروژن مورد نیاز برای خودروهای پیل سوختی است.

یک ایستگاه سوخت هیدروژنی می‌تواند دقیقا مانند پمپ بنزین‌های معمولی، هیدروژن موردنیاز خود را از طریق تانکرهای بزرگ و تریلرهای سوخت دریافت کند، اما یک تفاوت مثبت بسیار مهم دارد؛ هرچند تولید بنزین نیازمند پالایشگاه، فناوری خاص و سرمایه‌گذاری سنگین است، تولید هیدروژن چندان سخت نیست و می‌تواند در همان محل ایستگاه از آب یا گاز طبیعی گرفته شود. از سویی دیگر هیدروژن به آسانی می‌تواند در یک پالایشگاه تولید و از طریق لوله‌کشی به ایستگاه سوخت‌گیری فرستاده شود که هم‌اکنون در آمریکا از این روش استفاده می‌شود.

اما چگونه هیدروژن را در جایگاه سوخت‌گیری ذخیره می‌کنند؟ بهترین روش برای نگهداری هیدروژن، سرد کردن و بالابردن فشار آن از طریق کمپرسورهای مخصوص است. وقتی هیدروژن با فشار استاندارد به جایگاه رسید، باید به یک کمپرسور منتقل شود که هیدروژن را با فشاری در حدود ۷۰۰ بار (معادل ۶۹۰ اتمسفر؛ یعنی تقریبا ۷۰۰ برابر فشرده‌تر از هوای محیط در ارتفاع صفر ازسطح دریا) در مخازن نگهداری می‌کند.

برگرداندن هیدروژن مایع به حالت گاز برای رسیدن به فشار عادی، صرفا نیازمند یک سیستم گرم‌کننده‌ی ساده، موسوم به برج تبخیر (vaporizer tower) است. اتمام سوخت‌گیری یک خودرو زمانی خواهد بود که فشارمخزن خودرو به عددی برسد که توسط شرکت سازنده تعیین شده است. هم‌اکنون ۲ عدد رسمی برای فشار استاندارد مخزن سوخت یک خودروی هیدروژنی مورد قبول خودروسازان جهان قرار گرفته است که عباتند از H70 و H35 که نوع اول، دو برابر هیدروژن ذخیره می‌کند. H70 به فشار ۷۰ مگاپاسکال در مخزن خودرو اشاره دارد که معادل دیگری برای فشار ۷۰۰ بار است. اگر بخواهیم توضیحی عملی برای حجم مخزن سوخت خودروهای هیدروژنی بدهیم، به عنوان مثال مدل میرای (Mirai) ساخت تویوتا که مخزن آن از نوع H70 است، با یک بار سوخت‌گیری کامل، می‌تواند نزدیک به ۴۵۰ کیلومتر مسافت طی کند.

همان‌طور که برای ذخیره بنزین در جایگاه‌های سوخت‌گیری، مخازن بزرگی مورد نیاز است، برای هیدروژن هم چنین منابعی لازم خواهد بود؛ با این تفاوت که نشت بنزین علاوه بر اثرات زیست محیطی خطرناک برای گیاهان و جانداران، قابلیت انفجار و آتش‌سوزی بالایی دارد، در حالیکه هیدروژن به دلیل وزن مخصوص سبک‌تر از هوا، بلافاصله بخار می‌شود و اثری منفی بر محیط زیست ندارد. پس مخازن سوخت هیدروژن در ایستگاه‌های سوخت‌گیری آن، می‌تواند با هزینه‌ای کمتر از تانکرهای زیرزمینی بنزین، روی سطح قرار بگیرند.

شاید مهم‌ترین قسمت در یک ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژنی، فرایند انتقال آن از مخزن جایگاه به مخزن خودرو باشد، کاری که برای بنزین به راحتی با پمپ‌ انجام می‌شود، برای هیدروژن نیازمند سیستمی دقیق شبیه به پمپ گاز CNG و البته کمی پیچیده‌تر است. هیدروژن در فشار ۲۰۰ اتمسفر داخل مخزن جایگاه ذخیره می‌شود و باید کمی گرم شود تا به پمپ کنار خودرو برسد و بعد مجددا سرد شود تا بتواند با سرعت از طریق یک کمپرسور با فشار به مخزن سوخت خودرو تزریق شود. با این اوصاف فرایند سوخت‌گیری کامل یک خودروی هیدروژن هرچند از فناوری ساده‌ای برخوردار نیست، در عوض بسیار دقیق‌تر و ایمن‌تر از پرکردن باک بنزین خواهد بود.

مسلما یک جایگاه سوخت‌گیری هیدروژنی، مدرن‌تر از پمپ‌ بنزین‌های کنونی عمل می‌کند و دارای نکات مثبت زیادی خواهد بود. به عنوان مثال، نیازی نیست نگران مقدار سوخت واردشده به خودرو و کنترل فشار آن باشیم، هر جایگاه با کامپیوتر خودروی در حال سوخت‌گیری ارتباط برقرار می‌کند و با دریافت اطلاعات دقیق مربوط به استاندارد فنی آن، فشار و دمای هیدروژن داخل مخزن سوخت خودرو را اندازه‌گیری و آن را با دقت پر می‌کند. صاحب خودرو، فقط نازل را به خودرو وصل و چیزی حدود ۳ دقیقه صبر می‌کند تا سوخت‌گیری تمام شود.

در پایان این مطلب خالی از لطف نیست که هزینه رانندگی با یک خودروی هیدروژنی را با معادل بنزینی آن مقایسه کنیم. هیدروژن بر مبنای کیلوگرم در جایگاه‌ها فروخته می‌شود و امروزه در آمریکا حدود کیلویی ۱۴ دلار قیمت دارد. یک خودرو با استاندارد مخزن سوخت H70 مثل تویوتا میرای، با ۵ کیلوگرم هیدروژن پر می‌شود و به عبارت دیگر ۷۰ دلار سوخت هیدروژنی برای طی کردن ۴۵۰ کیلومتر مسافت با این خودرو کافی است. از سویی دیگر یک خودروی بنزینی معمولی با متوسط مصرف سوخت ۷ لیتر در صد کیلومتر برای این مسافت نیازمند ۳۱.۵ لیتر بنزین خواهد بود و از آنجائیکه امروزه در آمریکا، بنزین حدودا لیتری ۰.۶۵ دلار قیمت دارد؛ تقریبا معادل ۲۰ دلار هزینه خواهد داشت که بیش از ۳.۵ برابر کمتر از ۷۰ دلار، معادل هیدروژنی آن برآورد می‌شود. فراموش نکنیم، هم‌اکنون تویوتا برای خریدارن میرای ۵۸ هزاردلاری، تا ۳ سال بدون محدودیت هزینه هیدروژن مصرفی را پرداخت می‌کند.