ذخیره‌سازی هیدروژن: تفاوت میان نسخه‌ها

ذخیره‌سازی هیدروژن زیرزمینی جهت تأمین و تهیهٔ ذخیره‌سازی انرژی شبکهٔ [[فشار قوی]] برای منابع انرژی متناوب و ادواری، مانند نیروی (انرژی) باد، علاوه بر تأمین سوخت جهت حمل ونقل و ترابری خصوصاً استعمال در کشتی و هواپیما مناسب است. بیشتر تحقیقات صورت گرفته درزمینهٔ ذخیره‌سازی هیدروژن برذخیره و نگهداری هیدروژن به عنوان حامل انرژی متراکم، کم حجم و سبک به منظور مصارف و کاربست‌های سیار تأکید می‌کنند. [[هیدروژن مایع]] یا هیدروژن آبی نیز در برخی موارد کاربرد دارد، مانند موارد استفاده در فضاپیما. با این وجود هیدروژن مایع به ذخیره‌سازی برودتی نیاز دارد و در ۲۵۲٫۸۸۲- [[درجهٔ سانتی گراد]] یا ۴۲۳٫۱۸۸- [[درجهٔ فارنهایت]] به جوش می‌آید. از این رو آبگونگی آن متحمل کاهش و اتلاف زیاد انرژی است (زیرا جهت رسیدن به حرارت مطلوب مستلزم مصرف انرژی زیاد است). مخزن‌هایی نیز می‌بایست به منظور جلوگیری از جوشش زیاد به خوبی نصب شوند اما افزودن عایق ساز ویا نارسانا هزینه‌های بالاتری را در پی دارد. هیدروژن مایع دارای چگالی انرژی کمتری از لحاظ حجم و گنجایش درمقایسه با سوخت هیدروکربن است. نظیر بنزین که حدوداً یک بخشیاب از۴ است. این امر موجب می‌شود که مسئلهٔ تراکم و چگالی در مورد هیدروژن خالص برجسته تر قلمداد شود: در واقع حدود ۶۴ درصد هیدروژن بیشتر دریک لیتر بنزین(۱۱۶ گرم هیدروژن) نسبت به میزان موجود در یک لیتر از هیدروژن مایع خالص(۷۱ گرم هیدروژن) وجود دارد. همچنین کربن موجود در بنزین در انرژی مورد نیاز جهت احتراق اثرگذار است. هیدروژن فشرده و متراکم بشکلبه‌شکل کاملاً متفاوتی ذخیره می‌شود. گاز هیدروژن چگالی انرژی خوبی از لحاظ وزنی داراست اما چگالی انرژی آن از لحاظ حجم و گنجایش در مقابل هیدروکربن‌ها کم است. از این رو نیازمند مخزن بزرگتری جهت ذخیره‌سازی است. یک مخزن هیدروژن بزرگ سنگین تر از مخزن هیدروکربن کوچکِ مورد استفاده جهت ذخیرهٔ مقدار انرژی یکسان خواهد بود، همهٔ فاکتورها ی دیگر مساوی اقی می‌مانند. افزایش فشار گاز چگالی انرژی از لحاظ حجم و گنجایش را بهبود می‌بخشد که به مخزن‌های کوچک‌تر البته نه سبک‌تر، متمایل می‌باشند (مخزن هیدروژن را مشاهده کنید). هیدروژن فشرده دربردارندهٔ ۲٫۱ درصد هزینهٔ گنجایش انرژی در راستای ایجاد نیروی محرکه در کمپرسور ویا تلمبهٔ فشار است. میزان فشار بیشتراز حد معمول بدون بازیابی انرژی به معنی اتلاف انرژی بیشتر در مرحلهٔ تراکم و فشردگی خواهد بود. ذخیره‌سازی

شده جهت استفاده در ساختار تولیدی هیدروژن شامل هیدریدهای ساده و غیر پیچیده‌ای از منیزیم (عنصر شیمیایی سبک و سپید و سیمین و چکش خور وکش پذیر)، یا فلزات ترابشی و هیدریدهای فلزی پیچیده و مرکب، نوعاً شامل سدیم، لیتیوم، یا کلسیم و آلومینیوم یا بورون است. هیدریدهای منتخب جهت کاربردهای ذخیره‌سازی بازکنشور پایین (ایمنی بالا) و میزان بالای [[حجم ذخیره‌سازی]] هیدروژن را بدست می‌دهند. کاندیدهای اصلی لیتیوم، هیدرید، بوروهیدریدسدیم، هیدرید آلومینیوم لیتیوم و بوران (هریک از آمیزه‌های گوناگون بورون و هیدروژن) آمونیا (گاز بی‌رنگ به فرمول NH3 نام کامل آن ammonia water) می‌باشند. یک کمپانی فرانسوی به نام ام سی [[پی اچ]] وای انرجی MCPHY ENERGY، اولین تولید صنعتی را برپایهٔ [[هیدرید منیزیم]] در حال تولید و توسعه دارد که تاکنون به برخی از مشتریان کلان نظیر ENEL ,Iwatani فروخته شده‌است. دانشمند جدیدی اذعان داشته که [[دانشگاه ایالتی آریزونا]] در حال تحقیق و بررسی در خصوص ذخیرهٔ هیدروژن با استفاده از محلول بوروهیدرید (ترکیب غیرآلی که دارای هیدروژن است) که هنگام جریان محلول در کاتالیزور ساخته شده از روتنیم (عنصر نادر فلزگونهفلز گونه از دستهٔ platinum که بسیار سخت و شکننده و به رنگ خاکستری است) آزاد می‌شود، است. طبق تحقیقات صورت گرفته در دانشگاه پیتزبِرگ و جورجیاتک، شبیه‌سازی جامعی را برهم افزوده‌هایی از چند هیدرید فلزی سبک در راستای پیش‌بینی واکنش احتمالی ترمودینامیکی جهت ذخیره‌سازی صورت گرفته‌است. افزون بر تحقیق مذکور، کمپانی وابسته به پایانهٔ هوشمند فواِل سِل (fuel cell) (پیل سوختی:وسیلهٔ تبدیل کارمایهٔ حرارتی به کارمایهٔ برقی)، اندکی از [[تولید برق]] قابل جابجایی upp [[پیل سوختی]] را آزاد و پخش کرده‌است و از هیدرید فلزی به عنوان ابزار ذخیره‌سازی بهره می‌گیرد. از این سایت دیدن کنید:

سازندهٔ ایتالیایی کاتالیزور به نام آکتا Acta بهره‌وری از هیدرازین (باز آبگونه وبی رنگ و خورنده به فرمول H2NNH2 که به عنوان سوخت موشک و [[موتور جت]] کاربرد دارد) به عنوان یک جایگزین برای هیدروژن در پیل سوختی را پیشنهاد می‌کند. به این دلیل که سوخت هیدرازین دردمای اتاق بشکلبه‌شکل مایع است، بسیار راحت‌تر از هیدروژن قابل ذخیره‌سازی و استعمال است. با ذخیرهٔ آن دریک مخزن پر از پیوند دوگانهٔ بنیان CO (کربونیل) اکسیژن کربن، واکنش نسان داده و تشکیل یک جامد هیدرازون را می‌دهد. تا پرکردن مخزن با آب گرم، هیدرات هیدرازین مایع آزاد می‌شود. هیدرازین درون سلول جهت تشکیل نیتروژن و هیدروژن که با اکسیژن هم بست می‌شود و در نتیجه موجب آزاد و بیرون ریزی آب می‌شود، قابل تجزیه است.

=== ۴-۱-۲-۱. هیدروکربن‌های سنتزشدهسنتز شده ===

تحقیقات به اثبات رسانده‌اند که گرافین قابلیت ذخیرهٔ هیدروژن را بشکلبه‌شکل مؤثر و مقرون بصرفه داراست. پس از جذب هیدروژن، مادهٔ مورد نظر تبدیل به گرافان می‌شود. پس از آزمایش‌های انجام گرفته توسط دکتر آندری جِیم در [[دانشگاه منچستر]]، ثابت شده که نه تنها گرافین قادر به ذخیرهٔ آسان هیدروژن است، بلکه قادرست هیدروژن را پس از گرمایش آن تا۴۵۰ درجهٔ سانتی گراد نیز دوباره آزاد کند.

ساختارهای ارگانیک- فلزی نشانگر طبقهٔ دیگری از متریال‌های نفوذپذیر سنتزشدهسنتز شده یا تولید شده از راه [[ترکیب شیمیایی]]، که هیدروژن و انرژی را در سطح مولکولی ذخیره می‌کنند، می‌باشند. ساختارهای ارگانیک- فلزی، ساختارهای چند بنیادین ارگانیک- غیرارگانیک دارای ساختمان بلورین می‌باشند که دربردارندهٔ خوشه یا یون‌های فلزی (واحدهای ساختمانی نوع دوم) به عنوان گره و لیگاندهای ارگانیک به عنوان همبندگرمی‌باشندهمبندگر می‌باشند. زمانی که مولکول‌های مهمان (حلال) که روزن‌ها را اشغال کرده‌اند از بین می‌روند، در طول مبادله و تبدیل حلال و روند گرمایش، می‌توان به ساختار نفوذپذیر ساختارهای ارگانیک- فلزی بدون برهم زدن ثبات چارچوب آن‌ها نائل آمد. در نتیجه مولکول‌های هیدروژن قابل جذب به سطح روزن‌ها از طریق عمل جذب و در آشامش می‌باشند. درمقایسه با زئولیت (سیلیکات آلومینیومی سدیم یا کلسیم یا پتاسیم وغیره) سنتی و متریال‌های کربن نفوذپذیر، ساختارهای ارگانیک- فلزی دارای تعداد بیشماری از گره و محل سطح آب که موجبات جذب زیادتر هیدروژن را در حجم و گنجایش تعیین شده فراهم می‌آورد می‌باشند؛ بنابراین، توجه و اهمیت تحقیق درزمینهٔ ذخیره‌سازی هیدروژن در ساختارهای ارگانیک- فلزی ازسال ۲۰۰۳ یعنی از وقتیکه اولین ذخیره‌سازی هیدروژن برمبنای ساختار ارگانیک فلزی ارائه شد، در حال رشد و توسعه است. از آنجا که تعداد نامحدودی از تغییرات شیمیایی و هندسی در مورد ساختارهای ارگانیک- فلزی براساس هم بست‌ها و ترکیبات مختلف اِس بی یوSBU و همبندگرها وجوددارد، بیشتر تحقیقات بدنبال بررسی و پژوهش در خصوص پی بردن به اینکه کدام ترکیب موجب جذب هیدروژن از طریق کم یا زیاد کردن متریال‌های یون‌های فلزی و همبندگرها می‌شود، می‌باشند. درسال۲۰۰۶ شیمی دانان در یو سی اِل آ(UCLA) و [[دانشگاه میشیگان]] موفق به چگال‌سازی و تغلیظ ذخیره‌سازی انرژی از بیش از ۵/۷ درصد وزن در ساختار ارگانیک- فلزی -۷۴ در دمای هوای پایین k77 شدند. در سال۲۰۰۹ محققان [[دانشگاه ناتینگهام]] به ۱۰ درصد وزن از ۷۷ بار(psi 77/1(و k77 همراه با 112-MOF NOTT رسیده‌اند. بیشتر مقالات در خصوص ذخیره‌سازی هیدروژن در ساختارهای ارگانیک- فلزی گویای جذب هیدروژن دردمای هوای k77 و فشار ۱بار هستند؛ چراکه چنین شرایطی معمولاً قابل حصول است و هم بست‌سازی انرژی بین هیدروژن و ساختار ارگانیک- فلزی عمدتاً با ارتعاش انرژی حرارتی که ظرفیت بالای جذب هیدروژن را موجب می‌شود، مقایسه می‌شود. کم و زیاد کردن چند فاکتور نظیر سطح آب، اندازه و وزن، پیوستگی، ساختار لیگاند، میزان سرریزیِ مایع وسِرِگی و اصالت نمونهٔ مورد بررسی، منجر به میزان مختلف جذب هیدروژن در ساختار ارگانیک- فلزی می‌شود.