مبانی هیدروژن

منبع:afdc.energy.gov

هیدروژن (H2) یک سوخت جایگزین است که می تواند از منابع متنوع داخلی تولید شود. اگرچه بازار هیدروژن به عنوان سوخت حمل و نقل در مراحل ابتدایی خود است، دولت و صنعت در حال تلاش برای تولید و توزیع هیدروژن پاک، اقتصادی و ایمن برای استفاده گسترده در خودروهای الکتریکی سلول سوختی (FCEVs) هستند. FCEVهای سبک در حال حاضر در مقادیر محدود در بازار مصرف در مناطق محلی داخلی و سراسر جهان در دسترس هستند. این بازار همچنین برای اتوبوس‌ها، تجهیزات جابجایی مواد (مانند لیفتراک)، تجهیزات پشتیبانی زمینی، کامیون‌های سنگین و متوسط، کشتی‌های دریایی و کاربردهای ثابت در حال توسعه است. برای اطلاعات بیشتر به خواص سوخت و مرکز منابع تجزیه و تحلیل هیدروژن مراجعه کنید.

هیدروژن در محیط ما فراوان است. در آب (H2O)، هیدروکربن ها (مانند متان، CH4) و سایر مواد آلی ذخیره می شود. یکی از چالش های استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت، استخراج کارآمد آن از این ترکیبات است.

در حال حاضر، اصلاح بخار - ترکیب بخار با دمای بالا با گاز طبیعی برای استخراج هیدروژن - اکثر هیدروژن تولید شده در ایالات متحده را تشکیل می دهد. هیدروژن همچنین می تواند از آب از طریق الکترولیز تولید شود. این کار انرژی بیشتری دارد اما می توان با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر مانند باد یا خورشید و جلوگیری از انتشارات مضر مرتبط با انواع دیگر انرژی انجام داد.

تقریباً تمام هیدروژن تولید شده در ایالات متحده در هر سال برای پالایش نفت، تصفیه فلزات، تولید کود و فرآوری مواد غذایی استفاده می شود.

اگرچه تولید هیدروژن ممکن است باعث انتشار گازهای گلخانه ای شود که بر کیفیت هوا تأثیر می گذارد، بسته به منبع، یک FCEV که بر روی هیدروژن کار می کند فقط بخار آب و هوای گرم را به عنوان اگزوز منتشر می کند و یک وسیله نقلیه با انتشار صفر در نظر گرفته می شود. تلاش های عمده تحقیق و توسعه با هدف کاربردی ساختن این وسایل نقلیه و زیرساخت های آنها برای استفاده گسترده است. این امر منجر به عرضه خودروهای تولید سبک به مصرف کنندگان خرده فروشی و همچنین اجرای اولیه اتوبوس ها و کامیون های سنگین و متوسط ​​در کالیفرنیا و در دسترس بودن ناوگان در ایالت های شمال شرقی شده است.

از دفتر فناوری های هیدروژن و پیل سوختی درباره هیدروژن و پیل های سوختی بیشتر بیاموزید.

هیدروژن به عنوان سوخت جایگزین

هیدروژن به عنوان یک سوخت جایگزین تحت قانون سیاست انرژی در سال 1992 در نظر گرفته می شود. علاقه به هیدروژن به عنوان سوخت جایگزین حمل و نقل ناشی از توانایی آن در تامین انرژی پیل های سوختی در خودروهای بدون آلایندگی، پتانسیل آن برای تولید داخلی، و زمان پر شدن سریع پیل سوختی است. و راندمان بالا در واقع، یک پیل سوختی همراه با یک موتور الکتریکی دو تا سه برابر کارآمدتر از یک موتور احتراق داخلی است که با بنزین کار می کند. هیدروژن همچنین می تواند به عنوان سوخت برای موتورهای احتراق داخلی عمل کند. با این حال، بر خلاف FCEV ها، این ها گازهای گلخانه ای تولید می کنند و کارایی کمتری دارند. درباره سلول های سوختی بیشتر بدانید.

انرژی موجود در 2.2 پوند (1 کیلوگرم) گاز هیدروژن تقریباً با انرژی 1 گالن (6.2 پوند، 2.8 کیلوگرم) بنزین برابر است. از آنجایی که هیدروژن چگالی انرژی حجمی پایینی دارد، برای دستیابی به محدوده رانندگی وسایل نقلیه معمولی، به عنوان گاز فشرده روی خودرو ذخیره می شود. اکثر برنامه های فعلی از مخازن فشار بالا استفاده می کنند که قادر به ذخیره هیدروژن در 5،{10}} یا 10،000 پوند بر اینچ مربع (psi) هستند. برای مثال، FCEV های تولید شده توسط خودروسازان و موجود در نمایندگی ها دارای مخزن psi 10،{14}} هستند. دیسپنسرهای خرده فروشی که بیشتر در جایگاه های مشترک بنزین قرار دارند، می توانند این مخازن را در حدود 5 دقیقه پر کنند. اتوبوس‌های الکتریکی پیل سوختی در حال حاضر از 5 مخزن psi استفاده می‌کنند که 10 تا 15 دقیقه طول می‌کشد تا پر شوند. راه های دیگری برای ذخیره هیدروژن در دست توسعه است، از جمله پیوند شیمیایی هیدروژن با موادی مانند هیدرید فلز یا مواد جاذب با دمای پایین. درباره ذخیره سازی هیدروژن بیشتر بدانید.

داده های ایستگاه های سوخت هیدروژن خرده فروشی، جمع آوری و تجزیه و تحلیل شده توسط آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر، نشان می دهد که میانگین زمان صرف شده برای سوخت رسانی به یک FCEV کمتر از 4 دقیقه است.

کالیفرنیا در ساخت ایستگاه های سوخت هیدروژن برای FCEV ها پیشتاز کشور است. از اواسط-2021، 47 ایستگاه هیدروژن خرده‌فروشی در کالیفرنیا و همچنین یک ایستگاه در هاوایی به روی عموم باز بودند و 55 ایستگاه دیگر در مراحل مختلف ساخت و ساز یا برنامه‌ریزی در کالیفرنیا بودند. این ایستگاه‌ها بیش از 8،{4}} FCEV را ارائه می‌کنند. کالیفرنیا از طریق برنامه حمل و نقل پاک خود به تأمین بودجه برای ساخت زیرساخت های هیدروژنی ادامه می دهد. کمیسیون انرژی کالیفرنیا مجاز است تا سال 2023 تا 20 میلیون دلار در سال اختصاص دهد و در حال سرمایه گذاری در 100 ایستگاه عمومی اولیه برای حمایت و تشویق این وسایل نقلیه بدون آلایندگی است. علاوه بر این، 14 ایستگاه خرده فروشی برای ایالت های شمال شرقی برنامه ریزی شده است که برخی از آنها در حال حاضر به مشتریان ناوگان خدمات رسانی می کنند.

سازندگان خودرو فقط به مصرف‌کنندگانی که در مناطقی زندگی می‌کنند که ایستگاه‌های هیدروژن وجود دارد، FCEV ارائه می‌کنند. ایستگاه های غیر خرده فروشی در کالیفرنیا و سراسر کشور نیز به خدمات ناوگان FCEV از جمله اتوبوس ادامه می دهند. مراکز توزیع متعدد از هیدروژن برای سوخت رسانی به وسایل نقلیه حمل مواد در عملیات عادی خود استفاده می کنند. علاوه بر این، چندین اطلاعیه در خصوص تولید خودروهای سنگین مانند کامیون های خطی که نیاز به جایگاه های سوخت رسانی با ظرفیت های بسیار بالاتر از جایگاه های سبک فعلی دارند، اعلام شده است. ایستگاه های سوخت هیدروژن را در سراسر ایالات متحده پیدا کنید.