تولید هیدروژن تنها با نور خورشید دستاورد ارزشمند پژوهشگران ایرانی

به گزارش آوای نشاط، پژوهشگران ایرانی موفق به ارائه دستگاه تولید هیدروژن تنها با نور خورشید با استفاده از کاتالیست جدیدی شدند که آنها را دربین ۵ رکورد برتر جهان قرار می‌دهد.
در دنیای فناوری امروز و البته فردایی نزدیک هیدروژن نقش کلیدی را در صنعت و زندگی روزمره ما بازی خواهد کرد. هیدروژن ماده باارزشی در صنایع پتروشیمی و صنایع پالایشی است و همانطور که  تولید بنزین یورو ۵ در کشور وابسته به‌وجود آن است در تولید کود اوره نیز نقش اساسی دارد.
فراتر از آن هیدروژن یک بازیگر برجسته‌ای در صنعت انرژی است و بسیاری از گروه‌های پژوهشی جهان با سرمایه‌های هنگفت در حال ساخت نسل جدید انواع خودروهایی هستند که به شیوه‌های گوناگون وابسته وجود هیدروژن هستند. این گامی فراتر از یک رویا  است و کشورهای زیادی در پی کربن‌زدایی از سیستم حمل‌ونقل خود به‌‌امید تولید هیدروژن هستند و در دهه آینده  خبرهای بیشتری از آن خواهید شنید. همچنانکه همین چند روز پیش دانمارکی‌ها از قصد راه‌اندازی بزرگترین تاسیسات تولید سوخت هیدروژنی در جهان در برنامه‌های کلان خود پرده برداشتند.

با این وجود در تولید هیدروژن مشکلات عمده‌ای وجود دارد. بزرگترین مشکل تولید کرین در حین تهیه هیدروژن است که در دستگاه ارائه شده توسط دکتر علی دبیریان و دو همکار دیگرش بهروز افتخارنیا و حسین پزشکی در پژوهشکده فیزیک پژوهشگاه دانش های بنیادی به‌طور کامل رفع شده‌ است و از آنجا که این دستگاه تولید هیدروژن تنها با نور خورشید سطح بازده بالایی دارد مورد توجه دانشمندان نیز جهان قرار گرفته است.

اسپوتنیک: دکتر دبیریان به‌نظر می‌رسد مهم‌ترین مزیت دستگاه تولید هیدروژن فقط با نور خورشید افزایش بازدهی آن است. درباره اهمیت بازدهی این نوع دستگاه کمی برای توضیح دهید؟
روش معمول تولید هیدروژن، شیوه Steam Methane Reforming است که در فارسی اصطلاحا به آن ریفرمینگ گفته می‌شود و حاصل آن میزان زیادی مونو اکسید کربن است که یکی از گازهای گلخانه‌ای به‌شمار می‌رود. عیب دیگر روش ریفرمینگ مشکلات اجرا در اسکیل‌های (مقیاس‌های) کوچک است و فقط در اسکیل‌های بزرگ که در پالایشگاها انجام می‌شود قابل پیاده‌سازی هست. از این سو نخستین مزیت تولید هیدروژن فقط با نور خورشید تولید سوخت کاملا پاک است به این معنی که هیچ گاز آلاینده‌ای تولید نمی‌شود. مزیت دوم این شیوه ماژولار بودن آن است که ما می‌توانیم آن را در اسکیل‌های مختلفی حتی در اندازه نیاز و مصرف داخلی یک آزمایشگاه یا یک کارخانه یا بیمارستان پیاده‌سازی کنیم.

اسپوتنیک: تدبیر شما برای رسیدن به این سطح بازدهی چه بوده و چه تفاوتی با سیستم‌های مشابه دارد؟
مزیت اصلی دستگاهی ما استفاده از فناوری‌های موجود است برای ساخت این دستگاه است که همه اجزای آن برای تجاری‌سازی و تولید انبوه در دسترس هستند. در‌حقیقت ما با ترکیب آنها و رفع چالش‌های کوچکی که داشتیم موفق به ساخت این دستگاه شدیم. مثلاً کاتالیست جدیدی ساختیم، هر چند روش ساخت آن استیبل شده‌ است. درواقع دستگاه تولید هیدروژن تنها با نور خورشید هم کانسپت و هم کاتالیست جدیدی دارد و درعین‌حال همه فناوری فرآیندهای پیاده‌سازی برای تولید انبوه آن در دسترس است و همین مزیت ویژه آن برای تبدیل سریع به یک محصول تجاری است.

اسپوتنیک: کیفیت بازده شما در سطح جهانی چقدر است؟
از نظر بازدهی استفاده از فناوری سیلیکون که برای تولید هیدروژن وجود دارد ما در بین ۵ رتبه اول جهان هستیم.

اسپوتنیک: این‌ دستگاه را باید تنها نمونه آزمایشگاهی دانست یا به‌صورت تجاری نیز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد؟
دستگاهی که ما ساختیم در تعریف مراحل تجاری در قالب نمونه اولیه است که ابعادی در حدود ۵*۵ سانتی‌مترمربع دارد. این دستگاه دو بخش عمده را در مراحل تحقیق داشت؛ یکی ساخت ماژول خورشیدی و بخش دوم ساخت کاتالیست‌. البته ما روی فناوری کار کردیم که بتوان آن را در ابعاد ۴۰*‌۴۰ سانتی‌مترمربع یا ۱۶۰۰ سانتی‌مترمربع نیز بسازیم. تحقیق ما روی ساخت این پنل‌ها شروع شده و در حال فعالیت روی ساخت کاتالیست‌ها نیز هستیم و تخمین می‌زنیم که در طی ۶ ماه تا یک سال بتوانیم نمونه نیمه‌صنعتی آن را نیز بسازیم تا بتوانیم آن را در قالب یک طرح پایلوت اجرا کنیم.

اسپوتنیک: چقدر این امکان عملی است؟
هم اکنون  در حال مذاکره با شرکت‌های مختلفی برای راه‌اندازی ایستگاه تولید هیدروژنی هستیم تا بتواند به اندازه ۱۰ متر مکعب هیدروژن در سال تولید کند. به این‌صورت می‌توانیم  کل چرخه فرایند را از تولید، خالص سازی هیدروژن، کمپرس کردن هیدروژن و نهایتاً پرکردن سیلندرهای گاز عملیاتی کنیم تا هم فناوری را در شرایط واقعی تست کنیم و هم با چالش‌های احتمالی آن آشنا شویم تا این فناوری که توسعه دادیم به‌صورت یک پکیج آماده و کاربردی به شرکت‌هایی که نیاز دارند عرضه شود.

اسپوتنیک: چه مقدار بازدهی لازم است تا این دستگاه تجاری شود؟
سطحی استانداردی که وزارت انرژی آمریکا برای تجاری‌سازی سیستم‌های هیدروژن خورشیدی تعیین کرده مقدار بازده ۱۰ درصد است. بازدهی دستگاهی که ما ساختیم از این مقدار بیشتر و ۱۱/۵ درصد است؛ اما تحقیقاتی که انجام دادیم به ما نشان داد که برای رقابت از لحاظ قیمتی نیز باید به بازده‌ای در حدود ۱۴ تا ۱۵ درصد برسیم که با بهینه‌سازی و مهندسی که روی نمونه‌های جدیدی که انجام می‌دهیم امیدوار هستیم به‌راحتی به این هدف نیز برسیم؛ چراکه چالش علمی که نیاز به نوآوری قابل توجه باشد پیش روی ما نیست.

اسپوتنیک: آقای دکتر دبیریان شیوه تولید شما نمونه خارجی هم دارد؟
روش مورد استفاده ما برای تولید هیدروژن استفاده می‌کنیم یک روش و زمینه تحقیقاتی است که تحت عنوان تجزیه فوتوالکتروشیمیایی آب شناخته می‌شود که گروه‌های تحقیقاتی زیادی بالخص در آمریکا، ژاپن و آلمان درباره آن فعالیت می‌کنند. این فیلد هنوز چالش‌های مختلفی از لحاظ طراحی دیوایس،‌ توسعه مواد و کاتالیست‌های مورد نیاز دارد که روی هر بخش نوآوری‌های انجام شده و اختراعات زیادی هم ثبت شده است.
اما نوآوری ویژه ما در روش ساخت کاتالیست‌ها بوده که باعث شده در دستگاه ما چیزی در حد دو درصد و تنها نواحی باریکی را پوشش دهیم و همین مقدار کاتالیست هم کافی است؛ ولی در روش‌های موجود در جهان نیاز است که کل سطح پوشش داده شود. همین نوآوری باعث شده که دستگاه ما بازدهی قابل توجهی داشته باشه و به‌عنوان یک دستگاه شاخص در سطح جهان مطرح شود.

اسپوتنیک: محدودیتی که مانع بازدهی بیشتر دستگاه می‌شود چیست؟
بیشترین محدودیت ما میزان جذب نور خورشید و تبدیل آن به برق است و محدود کننده دیگری به‌ویژه از نظر کاتالیست نداریم.

اسپوتنیک: چه کاربرد‌هایی را می‌توان برای دستگاه تولید هیدروژن تنها با نور خورشید در صنایع امروز ایران در نظر گرفت؟
از آنجا که این فناوری جدید است باید کاربردها در صنایع با آن تطبیق داده شود؛ ولی کاربرد‌هایی که ما متصور هستیم استفاده در مراکزی است که نیاز به تولید هیدروژن کمی دارند و این دستگاه برای آنها به‌صرفه است. چون می‌دانیدکه چالش مهم استفاده از هیدروژن به‌عنوان گاز قابل انفجار تحمیل هزینه‌های قابل‌توجه ایمنی است. درواقع بعد از خرید و نگهداری سیلندر هیدروژن نیاز به آشکارساز مطابق با استاندارد ایمن دارید که باید به سیستم‌های اورژانس وصل باشد تا درصورت وقوع نشتی به‌سرعت وارد عمل شوند. درکل از لحاظ زیرساختی هزینه‌های زیادی تحمیل می‌شود که باعث شده تعداد قابل توجهی از آزمایشگاهای دانشگاه‌ها استفاده از سیلندر هیدروژن را ممنوع کنند.

اسپوتنیک: دستگاه شما این خطرات را ندارد؟
دستگاهی که ما تولید کردیم درواقع آلترناتیوی هست که می‌توانید هیدروژن را در محل تولید و مصرف کنید بدون اینکه نیاز به ذخیره آن تحت فشار بالا داشته باشید و  خطرات بیشتری را متحمل شوید.
بنابراین کاربردهایی دستگاه ما به‌صورت کوتاه مدت و باتوجه‌به آن اسکیلی که می‌سازیم می‌تواند در آزمایشگاه دانشگاه‌ها،‌ آزمایشگاه‌های پزشکی و مراکز درمانی باشد که مصارف مختلفی از مصرف هیدروژن را دارند. البته با افزایش اسکیل یا میزان تولید در سطح قابل‌توجه می‌توان صنایع فلزی نظیر فولاد را نیز از مشتریان بعدی این دستگاه به‌شمار آورد.

اسپوتنیک: هزینه‌های برآوردی تولید دستگاه نیمه تجارتی تا چه حدی است؟ و آیا برای تامین آن مشکل خاص یا نیاز به حمایت خاصی دارید؟

هزینه‌های که برای ساخت نمونه نیمه تجاری لازم داریم باید به حدی باشد که ما حداقل یک یا دو دستگاه بسازیم تا فرآیندهای ساخت مثلاً این نوع کاتالیست‌ها را در مقیاس بزرگ‌تر انجام بدهند. البته هزینه‌های قابل‌توجهی است و ما قطعاً به‌حمایت مالی نیاز داریم. از سویی ما پیگیر هستیم با شرکت‌ها که این محصول برای آنها جذاب باشد مذاکراتی انجام دهیم تا بتوانیم حمایت لازم را جلب کنیم تا نمونه‌ نیمه تجاری را نیز بسازیم.
دستگاه نیمه تجاری قطعاً باید با حمایت شرکتی باشد که در آینده در این محصول ذینفع باشد چون دستگاه نیمه‌تجاری، اگر حمایت بازار و شرکت‌هایی که در بازار هیدروژن هستند را نداشته باشد، امکان دارد بعد از ساخت دستگاه از لحاظ استفاده بلاتکلیف بماند. بنابراین برای این طرح نیاز به حمایت ویژه داریم و امیدواریم باوجود اهمیت این دستگاه در این زمینه هم موفق باشیم.

انتهای پیام/