پژوهشگران کشور به بازدهی فراوری هیدروژن بیش از 11 درصد رسیدند

به گزارش مدرسه باهنر، در پژوهشگاه دانش های بنیادی، پژوهشگران کشور ما توانستند با استفاده از فناوری سیلیکون و نور خورشیدی به بازدهی فراوری هیدروژن بیش از 11درصد دست یابند.

پژوهشگران کشور به بازدهی فراوری هیدروژن بیش از 11 درصد رسیدند

به گزارش گروه فناوری مدرسه باهنر، محققان پژوهشگاه دانش های بنیادی با ارائه طرحی درباره ساخت مولد هیدروژن خورشیدی با بازده 11.3درصدی تبدیل انرژی خورشیدی به گاز هیدروژن توانستند یاری شایانی به صنایع شیمیایی، پالایشگاه ها، پتروشیمی و حمل ونقل نمایند که در مقایسه با بازده های گزارش شده در سطح بین المللی جزء بالاترین بازده ها است. علاوه بر این میزان پایداری سلول های سیلیکونی را به میزان قابل توجهی برای کاربرد های تجزیه فوتوالکتروشیمیایی آب و فراوری هیدروژن ارتقا دادند.

به گفته پژوهشگر این طرح، مواد اولیه و فرآیند های مورداستفاده در این طرح ارزان قیمت بوده و قابلیت پیاده سازی در مقیاس عظیم را دارند. این امر سبب می گردد که با افزایش بیشتر بازدهی و پایدارسازی کامل مولد هیدروژن، امکان فراوری انبوه آن وجود داشته باشد. این امر نهایتاً به کاهش هزینه هیدروژن فراوریشده منجر خواهد شد.

هیدروژن گاز مهمی در صنایع شیمیایی و پالایش است که توجه روز افزونی در صنعت حمل ونقل را نیز به خود جلب می نماید. امروزه بیش از 95درصد هیدروژن با تغییر شکل متان انجام می گردد که در آن بخار آب و گاز متان در دمای حدود 800 درجه سانتی گراد واکنش داده و گاز هیدروژن و مونوکسید کربن فراوری می نمایند.

مشکل اصلی این فناوری این است که فقط در حجم فراوری بالا مالی است و به علاوه طی آن مونوکسید کربن فراوری می گردد که آلودگی محیط زیست را به همراه دارد. روش دیگر فراوری هیدروژن، الکترولیز آب است که چند درصد از هیدروژن مصرفی در دنیا توسط آن فراوری می گردد. چالش فناوری الکترولیز، قیمت بالای کاتالیست های مورداستفاده در آن و هزینه بالای برق در مقایسه با گاز طبیعی است.

علی دبیریان پژوهشگر پژوهشگاه دانش های بنیادی و مدیر این طرح گفت: راه کاری که در این پژوهش به آن پرداخته شده است بر دو محور پایدار است: 1- سنتز نانوکاتالیست های پایه نیکل و آهن که عملکرد قابل مقایسه و در برخی موارد بهتر از کاتالیست های پلاتین و ایریدیوم دارند که به طور سنتی در الکترولیز آب استفاده می گردد. 2- ساخت ماژول های خورشیدی سیلیکونی مناسب و پایدارسازی آن ها در آب برای تأمین برق مورداحتیاج الکترولیز از نور خورشید. در این طرح از فناوری خورشیدی سیلیکونی استفاده شده است که با قیمت مناسب و مقیاس فراوری بالا در دسترس است.

سلول خورشیدی سیلیکونی به دلیل جذب مطلوب نور خورشید، رسانایی الکتریکی مؤثر برای انتقال حامل های بار و نیز ارزان قیمت بودن و سازگاری با محیط زیست یکی از بهترین مواد به عنوان نیمه هادی الکترود های سلول فوتوالکتروشیمیایی است. اصلی ترین چالش فناوری سلول های خورشیدی سیلیکونی برای استفاده به عنوان الکترود های فراوری هیدروژن خورشیدی، عدم پایداری آن ها در محلول های آبی است.

در این طرح، شبکه نقره ای سطح سلول خورشیدی سیلیکونی استاندارد با فلز مس جایگزین شده است که علاوه بر پایداری بیشتر در محلول های آبی، ارزان قیمت نیز هست. علاوه بر آن با لایه نشانی نانوکاتالیست مبتنی بر فلزات ارزان قیمت نیکل و آهن بر روی فلز مس، خواص کاتالیستی الکترود بهبود یافته است. این نانوصفحه ها دارای سطح فعال مؤثری با الکترولیت هستند و موجب افزایش بازده تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن در سامانه نهایی می شوند.

به گفته وی هیدروژن ماده مهمی در صنایع پالایشی و پتروشیمی است. فراوری بنزین یورو 5 در پالایشگاه های کشور، محصول واکنش های شیمیایی خاصی است که یک عنصر مهم آن ها هیدروژن است که در پالایشگاه توسط واحد رفرمینگ (reforming) فراوری می گردد. در فراوری کود اوره نیز هیدروژن در قالب آمونیاک نقش اساسی دارد. هیدروژن علاوه بر صنایع شیمیایی، به عنوان یک حامل انرژی با قابلیت ذخیره انرژی برای مدت های طولانی نقش روزافزونی در صنعت انرژی پیدا می نماید.

این امر راه را برای استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت خودرو در صنعت حمل ونقل هموار می نماید. گفتنی است که فناوری استفاده از هیدروژن در خودرو، فناوری بالغی است و خودروساز های مطرح دنیا مدل های مختلفی در بازار دارند که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می نمایند.

دبیریان با اشاره به قابل تجاری شدن این طرح گفت: نمونه های اولیه ساخته شده در این طرح ابعاد 20 سانتی متر مربع دارند. فرآیند های ساخت ماژول های 1600 سانتی متر مربعی نیز با همکاری یکی از شرکت های داخلی دردست انجام است. از دیدگاه تجاری سازی، فناوری در حال حاضر بلوغ کافی برای فراوری هیدروژن در مقیاس چند متر مکعب در سال را دارد.

این مقیاس فراوری هیدروژن برای کاربری در مراکز درمانی و پژوهشی مناسب است، ضمن اینکه با توجه به دسترسی ما به منابع آب خزر و خلیج فارس و نیز با توجه به میزان ساعات آفتابی مناسب در کشور، به صورت کلی فناوری های مربوط به انرژی خورشیدی از جمله فراوری هیدروژن خورشیدی می تواند آینده ای روشن را در عرصه صنعت انرژی برای ما رقم بزند. از طرفی با کوشش های پژوهشگران دانشگاه ها و پژوهشگاه های کشور، زمینه علمی مساعدی در کشور برای پرداختن به این حوزه فراهم شده و برای اجرایی کردن طرح های صنعتی تجاری احتیاج به حمایت از این گونه طرح هاست که بتوان دانش فنی و علمی موجود را به صنعت مرتبط ساخت.

محقق پژوهشگاه دانش های بنیادی در ادامه گفت: در کشور های مختلف به ویژه ژاپن، آلمان و آمریکا سرمایه گذاری تحقیقاتی زیادی در زمینه هیدروژن شده است. به عنوان مثال برنامه تحقیقاتی JCAP در آمریکا با بودجه ای حدود 120میلیون دلار در این زمینه جریان داشته و اخیراً نیز تمدید شده است.

ما نیز برای ادامه طرح مذاکراتی با گروه هایی در آلمان، سوئیس و چین در حال اجرا داریم. یکی از برنامه های ما ساخت مولد های هیدروژنی در ابعاد عظیمتر است که بر پایه سلول های سیلیکونی مقیاس صنعتی (ابعاد 6 اینچ) پایدار است. در این مولد، بهینه سازی های مهندسی در زمینه ساخت سلول الکتروشیمیایی به هدف کاهش تلفات و افزایش پایداری و بازدهی انجام خواهد شد. هدف ما دسترسی به بازدهی تبدیل نور خورشید به هیدروژن بیش از 15درصد است.

این کار پژوهشی با همکاری علی دبیریان و بهروز افتخاری نیا پژوهشگران پسادکترای پژوهشگاه دانش های بنیادی و حسین پزشکی کارشناس ارشد و دستیار پژوهشی از دانشگاه خوارزمی تهران اجرا شده است.

منبع: خبرگزاری دانشجو

به "پژوهشگران کشور به بازدهی فراوری هیدروژن بیش از 11 درصد رسیدند" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "پژوهشگران کشور به بازدهی فراوری هیدروژن بیش از 11 درصد رسیدند"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید