خبرگزاري علم و فناوري از اردبيل گزارش مي دهد؛

آشنايي با انواع گازهاي صنعتي و كابردهاي آنها/ كارخانه توليد گازهاي صنعتي در شهرستان گرمي راه اندازي مي شود

گازهای صنعتی مجموعه ای از ترکیبات شیمیایی گازی هستند که در صنعت به وفور مورد استفاده قرار می گیرند و دومین کارخانه جداسازی هوا و تولید گازهای صنعتی کشور در شهرستان گرمی مغان احداث می‌شود.

به گزارش خبرگزاري علم و فناوري از اردبيل؛ فرماندار شهرستان گرمي اظهار داشت: با همت و همدلی مسئولان استانی و شهرستانی طرح‌های مختلف سرمایه‌گذاری و توسعه زیرساختی در شهرستان شروع شده است  و احداث كارخانه توليد گازهاي صنعتي می‌تواند در رشد و توسعه منطقه نقش بسیار مهم و اساسی ایفا کند.

ابراهیم امامی گفت: با برنامه‌ریزی های انجام گرفته مراحل استعلام و صدور جواز تاسیس این کارخانه با سرمایه گذاری 46 میلیارد تومان و اشتغال 66 نفر به صورت مستقیم و 287 نفر غیر مستقیم، در کمتر از 15 روز صادر و امروز به سرمایه‌گذار تحویل داده شد.

وي افزود: این کارخانه بعد از شهر قم، در شهر گرمی با توجه به موقعیت جانمایی زمین و دسترسی آسان به بازارهای داخلی و خارجی ایجاد می‌شود.

فرماندار شهرستان گرمی تصريح کرد: در سطح استان و شهرستان با تاکید استاندار اردبیل شرایط را برای ورود سرمایه گذاران بخش خصوصی تسهیل و کارهای اداری در سریع‌ترین زمان ممکن انجام می‌شود و در بحث سرمایه‌گذاری صنعتی کارهای بسیار خوبی در حال اجراست و  جواز تاسیس کارخانه جداسازی هوا و تولید گازهای صنعتی به سرمایه‌گذار تحویل داده شد.

 

گاز صنعتی چیست؟

گازهای صنعتی مجموعه ای از ترکیبات شیمیایی گازی هستند که در صنعت به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. اکسیژن، نیتروژن، آرگون و... از جمله عناصر تشکیل دهنده این گاز به شمار می روند . این عناصر از طریق تجزیه هوای تنفسی ما به دست می آیند. گازهای طبیعی، چاه های نفتی و فرآوری از دیگر طرق دست یابی به سایرعناصر سازنده گازهای صنعتی به حساب می آیند.

گازهای صنعتی کارایی و کاربرد گسترده ای در زمینه صنعت دارند؛ از همین رو عمدتا در حجم انبوه تولید می شوند. هدف اصلی استفاده از گازهای صنعتی، ایجاد فن آوری در تولید و تامین تجهیزات و قطعات است.  امروزه از گازهای صنعتی در صنایعی نظیر: پتروشیمی، داروسازی، فولاد، بیوتکنولوژیک، هوا فضا، صنایع غذایی، هسته ای و... استفاده می شود. بر طبق آمار کسب شده، بیشترین میزان مصرف گازهای صنعتی در صنایع جوشکاری، برشکاری و غذایی برآورد شده است.

عناصر سازنده گازهای صنعتی

  • نیتروژن : گاز موجود در هوا
  • اکسیژن  : گاز موجود در هوا
  • آرگون : گاز موجود در هوا
  • رادون :گاز نجیب
  • کریپتون :گاز نجیب
  • نئون :گاز نجیب
  • هلیوم : گاز نجیب
  • زنون :گاز نجیب
  • هیدروژن :سایر عناصر موجود
  • کلر :سایر عناصر موجود
  • فلوئور : سایر عناصر موجود

شرکت های مطرح تولید کننده گازهای صنعتی

با پیشرفت علم و تکنولوژی کاربرد گازهای صنعتی در حیطه های مختلف صنعت به میزان چشم گیری افزایش یافته است، به همین دلیل در چند سال اخیر کمپانی های کوچک و بزرگی پا به عرصه تجارت گذاشته اند و با تولید انبوه این گازها، سعی بر تامین نیاز مشتری دارند.

شرکت پارسیان گاز مفتخر به همکاری با شرکت ایر لیکوئید است. این شرکت یکی از قطب های اصلی تولید کننده گازهای صنعتی در جهان است که غالبا خدمات خود را به مراکز پزشکی، الکترونیکی و شیمیایی عرضه می نماید. ایر لیکوئید از سال 1902 میلادی پا به عرصه تجارت گذاشت و از آن پس با تلاش و پشتکار مسئولین و متخصصین مجموعه به یکی از برترین کمپانی های تولید کننده گازهای صنعتی تبدیل شد. این کمپانی چندین دفتر بین المللی در سرتاسر جهان دارد که البته دفتر مرکزی آن ها در پاریس واقع شده است.

کمپانی ب آ اس اف یکی دیگر از شرکت های معروف در تولید گازهای صنعتی و تخصصی می باشد که پارسیان گاز همکاری نزدیکی با این شرکت دارد.این کمپانی از دیگر مراکز تولید گازهای صنعتی درجهان به حساب می آید که در سال 1865 میلادی در لودویگسهافن آلمان بنا نهاده شد. این کمپانی دارای سایت های تولید در تمامی قاره های جهان است و مشتریان آن در سرتاسر جهان پراکنده می باشد. کمپانی ب آ اس اف از مراکز تجاری موفق و پردرآمدی است که در چند سال اخیر سهام آن در بازار بورس اوراق بهادار فرانکفورت و لندن معامله می شده است

کمپانی پراکس‌ایر – این کمپانی از قدیمی ترین و با تجربه ترین تولیدکنندگان گازهای صنعتی است که از سال 1907 میلادی پا به عرصه تولید گذاشته است و دفتر مرکزی آن در  کنتیکت ایالات متحده واقع شده است. کمپانی پراکس‌ایر طی چند دهه گذشته رشد بسیار مطلوبی داشته است؛ به طوری که هم اینک در بالغ بر 50 کشور دنیا نمایندگی دارد.

تفاوت میان گازهای خاص با گازهای صنعتی

اغلب تشخیص تفاوت میان گازهای صنعتی (برخی اوقات از آنها با عنوان گازهای بالک و یا خلوص پایین نام برده میشود)  و گازهای خاص(برخی اوقات از آنها با عنوان گازهای سیلندری و یا خلوص بالا یاد میشود) پیچیده است. انجمن گازهای فشرده استانداردهایی را برای عرضه کنندگان تمامی انواع گازهای فشرده تعیین میکند. این انجمن، ماموریت خود را با عنوان « توسعه و ارتقا استانداردهای ایمنی و  شیوه های ایمن در صنعت گازهای صنعتی» اختصاص داده و آن را تعریف و  تصویب کرده  است. در قالب معنایی وسیعتر، بیشتر گازهای فشرده که در برخی از برنامه و کابردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند، را می توان در دسته گازهای صنعتی قرار داد.در نتیجه برای تعریف درست تفاوت میان گازهای صنعتی و گازهای خاص، باید نگاهی فراتر از بعد کاربردی آنها نسبت به سایر عوامل همچون پیچیدگی، میزان خلوص، اطمینان از ترکیب داشت.

گازهای فشرده، اغلب به پنج گروه نامرتبط تقسیم می شوند که عبارتند از: جو، سوخت فسیلی،گاز های سرد کننده، گازهای سمی، و گازهایی که هیچ شباهتی ظاهری با سایر گروه ها ندارند. اختصاص داشتن به این گروه ها، تا حدودی قراردادی است و معمولا بر اساس منشا گازها، کاربرد و یا ساختار شیمیایی گاز تقسیم بندی می شوند.گازهای خاص، را می توان در هر کدام از این پنج گروه قرار داد. در حقیقت، این گازها، گازهای صنعتی هستند که در سطح بالایی قرار گرفته اند.  در فرهنگ لغت یکی از معانی واژه خاص به این شکل بیان شده است، «غیر معمول، متمایز، دارای علائم یا کیفیت برتر». با توجه به این معانی گازهای خاص را می توان به صورت گازهایی با کیفیت بالا برای کاربردهایی مشخص تعریف نمود که این کاربردها و برنامه ها با استفاده از تحلیل و مطالعات آزمایشگاهی و دیگر روش ها در جهت تعیین مقدار، به حداقل رساندن و یا حذف شاخصه های ناشناخته یا نامطلوب درون گاز تهیه شده اند. با توجه به نوع ترکیب گازهای خاص، برای مولفه های سازنده درون ترکیب گاز، دقت ترکیب شدن نیز با هدف به دست آوردن میزان غلظت مشخص ضروری است.

گازهای خالص خاص

زمانی که گازهای خالص همچون گازهای پشتیبان برای ابزارآلات آزمایشگاهی مانند کروماتوگرافی، طیف سنجی جرمی و سایر انواع آنالایزر و آشکارسازها مورد استفاده قرار بگیرند، میتوان گازهای خالص را گازهای خاصی درنظر گرفت. تولید کنندگان این نوع ابزارآلات با حساسیت بالا معمولا سطح خلوص گازهای خالص را برای استفاده در ابزارآلات خود مشخص می کنند. برای مثال، هلیوم با میزان خلوص بالا و عاری از رطوبت در قالب گاز حامل در این ابزارآلات به کار میرود. زمانی که مقداری ناخالصی دیده شود، عملکرد ابزار آلات آزمایشگاهی با مشکل مواجه می شود، و یا به خود ابزارآلات صدمه وارد می کند. یک قاعده کلی مناسب این است که زمان میزان خلوص(برخی اوقات تا حد ۹۹۹۹/۹۹ بالا باشد) و یا مقدار ناخالصی مورد توجه قرار بگیرد، گازهای خالص را می توان همچون گازهای خالص خاص در نظر گرفت.

گازهای خالص خاص، در تولید نیمه هادی ها و دیگر کاربردهای کنترل شده مشابه نیز به خوبی مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین می توان از این گازها برای ارزیابی و بررسی سالم بودن و اطمینان از گازهای خالص فله ای استفاده نمود. دی اکسید کربن نمونه خوبی از این نوع گازهاست . CO2 با کیفیت قابل آشامیدن، که در تولید نوشیدنی های گازدار مورد استفاده قرار میگیرد، را می توان تا حد زیادی در دسته گازهای فله ای قرار داد. زیرا این گاز در مقدار انبوه مورد استفاده قرار میگیرد. با اینحال، به دلیل میزان خالصی گاز برای سلامتی انسان موجب نگرانی می شود ، گاز خالص خاص CO2 که در آن تمامی ناخالصی ها اندازه‌گیری شده اند، برای کالیبره کردن ابزارآلات مورد بررسی میزان خالصی CO2 لازم است.

گازهای خاص ترکیبی

عمده گازهای خاص ترکیبی هستند. هنگامی که در مورد اجزای تشکیل دهنده گاز خاص مورد نظر بحث می شود، جو عملا محدود می گردد. گازهای خاص ترکیبی  معمولا همراه با انواع مختلف آنالیزر هایی برای کنترل فرایند و تطابق با قوانین مورد استفاده قرار می گیرد. برخی گازهای خاص ترکیبی تا حدودی «استاندارد» هستند و ممکن است تنها شامل سه یا چهار جز تشکیل دهنده باشند مانند اکسید نیتریک و مخلوط دی اکسید سولفور که در شرکتهای ارائه خدمات در زمینه آب و برق و گاز برای کالیبره کردن  سیستم نظارت مستمر بر تولید و انتشارگازهای گلخانه ای (CEMs) مورد استفاده قرار می گیرد. دیگر گازها ممکن است کاملا پیچیده باشند  و شامل ۳۰ یا بیش از ۳۰ مولفه تشکیل دهنده باشند. معمولا گازهای خاص ترکیبی برای استفاده از استاندارد مواد مرجع (SRM) برای تایید دقت اندازه گیری اجزای تشکیل دهنده ترکیب تهیه می گردند. این موضوع قابلیتی را فراهم می کند که با نام قابلیت ردیابی برای استاندارد اندازه گیری شناخته شده است. این استاندارد اندازه گیری رایج از سوی موسسه اندازه شناسی مانند موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی (NIST) مورد تایید قرار گرفته است. ترکیب های خاص معمولا دارای مولفه هایی هستند که در مقیاس هر یک در میلیون و هر یک در میلیارد اندازه گیری می شوند.

همواره تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی برای تعیین کمیت تمام اجزاء و ناخالصی های موجود در یک گازی خاص ترکیبی ، جدی و حساس بوده است.  برای هر سیلندر حاوی گازی خاص ترکیبی و همچنین گازهای خاص خالص یک سند رسمی گواهی نامه صحت  یا مدیریت کیفیت کالا تهیه شده است

معمولا گاز های خاص به اندازه گازهای صنعتی در مقادیر بالا به کار نمی روند و در سیلندرهای فولادی یا آلومینیومی با فشار بالای ۱۳۶۲ کیلوگرم در هر سانتی متر مربع ( کیلوگرم بر سانتی متر مربع ) عرضه می شوند. از این رو در بعضی مواقع به آنها گازهای سیلندری یا کپسولی گفته می شود. قیمت سیلندر بر روی قیمت گاز خاص کشیده نمی شود و باید پس از اتمام محتویاتش به عرضه کننده گاز بازگردانده شود. معمولا تا زمان عودت سیلندر اجاره اندکی ماهیانه پرداخت می شود. گازهای خاص بسیاری نیز در سیلندر های کوچک، قابل حمل و بدون نیاز به بازگشت مانند سیلندر های قابل حمل اسکات عرضه می شوند. دیگر ظروف خاص شامل بطری هایی که اغلب در آزمایشگاه ها و سیلندرهای پیستونی شناور استفاده می شوند، حاوی مخلوط های مایع فرار هستند.

 

انواع گازهاي صنعتي

در ادامه به شرح خصوصيات تعدادي از گازهاي صنعتي و كاربردهاي انها مي پردازيم:

گاز اكسيژن : اکسیژن یک عنصر حیاتی بوده و همه جا چه در زمین و چه در کل جهان هستی یافت می‌شود. مولکول اکسیژن (2 ( O در زمین از نظر ترمو دینامیکی ، ناپایدار است، ولی توسط عمل فتوسنتز باکتریهای بی‌هوازی و در مرحله بعدی توسط عمل فتوسنتز گیاهان زمینی بوجود می‌آید.

اکسیژن در سال ۱۷۷۱ توسط داروساز سوئدیKarl Wilhelm Scheele” کشف شد، ولی این کشف خیلی سریع شناخته نشد و با اکتشاف مستقلJoseph Priestley” بطور گسترده تری شناخته شد و توسطAntoine Laurent lavoisier” در سال ۱۷۷۴ نام‌گذاری شد.

اکسیژن به‌عنوان اکسید کننده کاربرد بسیار زیادی داشته ، فقط فلوئور از آن الکترونگاتیوتر است. اکسیژن مایع به‌عنوان اکسید کننده در نیروی حرکتی موشکها استفاده می‌شود. از آنجا که اکسیژن برای دم و بازدم ضروری است، در پزشکی کاربرد دارد. گاهی اوقات کسانی که از کوه نوردی می‌کنند یا در هواپیما پرواز می‌کنند، مخازن اکسیژن همراه دارند (به‌عنوان هوا). همچنین اکسیژن در جوشکاری و ساخت فولاد و همچنین متانول کاربرد دارد.

اکسیژن به‌عنوان یک ماده آرامش‌بخش ، سابقه استفاده دارد که تا زمان حال نیز ادامه دارد و بارهای اکسیژن در مهمانی‌ها و مجالس امروزی وجود دارد. در قرن ۱۹ اکسیژن معمولا با اکسید نیترات ترکیب می‌شد که اثر تسکین دهنده دارد.

اکسیژن در فشارهای نسبی بالا می‌تواند سمی باشد. قرارگرفتن طولانی در معرض اکسیژن خالص می‌تواند برای ریه و سیستم عصبی ، سمی باشد. تاثیرات ریوی شامل آماس (ورم ریه) ، کاهش ظرفیت ریه و آسیب به بافتهای ریوی می‌باشد. تاثیرات بر سیستم عصبی شامل کاهش بینایی تشنج و اغما می‌شود.

همچنین مشتقات خاصی از اکسیژن ، مانند ازون، پروکسید هیدوژن و رادیکالهای هیدروکسیل و سوپراکسیدها بسیار سمی می‌باشند. بدن ، مکانیزمهائی را برای مقابله با این گونه‌ها توسعه داده است. به‌عنوان مثال ، عامل طبیعی glutathione و بیلی‌روبین که حاصل تقسیم طبیعی هموگلوبین است، می‌تواند به‌عنوان یک ضد اکسید عمل کنند. منابع تمرکز یافته اکسیژن باعث احتراق سریع شده و بنابراین در کنار فراورده‌های سوختی ، خطر گسترش سریع آتش سوزی و انفجار وجود دارد.

دي نيتروژن مونوكسيد: مونوکسید دی نیتروژن یا نیتروز اکساید یا گاز خنده N2O  یکی از ترکیبات نیتروژن می‌باشد که اولین بار در سال ۱۷۹۹ در دندانپزشکی استفاده شد. امروزه از آن در پزشکی برای القاء و ادامه بیهوشی‌مصرف می‌شود. این دارو همچنین بامقادیر مصرف کم به‌عنوان ضد درد دراعمال جراحی زنان و زایمان و برای اعمال‌جراحی که در آنها به بیهوشی کامل بیمار نیاز نیست، مصرف می‌شود.

 

یکی از موارد کاربرد اين تركيب در تقویت خودرو است. نیتروژن اکسید یک سوخت نیست که با سوختن آن در موتور اتومبیل بتوان انرژی تولید کرد. این گاز وقتی وارد سیلندر می‌شود، به دلیل گرمای زیاد داخل محفظه به اتم اکسیژن و نیتروژن تجزیه می‌گردد. در این تجزیه پیوند بین اتم‌ها شکسته می‌شود.

 

نیتروژن اکسید یک سوخت نیست که با سوختن آن در موتور اتومبیل بتوان انرژی تولید کرد. این گاز وقتی وارد سیلندر می‌شود، به دلیل گرمای زیاد داخل محفظه به اتم اکسیژن و نیتروژن تجزیه می‌گردد. در این تجزیه پیوند بین اتم ها شکسته می‌شود. این عمل با گرفتن گرما از سیلندر همراه است در نتیجه دمای محفظهٔ احتراق کم می‌شود. خیلی سریع اتم های فعال اکسیژن با هم ترکیب شده و مولکول O۲را به وجود می آورند.

گاز ارگون

گاز آرگون در اتمسفر زمین تا حدود ٪۱ موجود است. برای استفاده صنعتی، آرگون را به روش تقطیر جزء به جزء، از هوای مایع جداسازی می‌کنند. آرگون برای به وجود آوردن نورهای زنده استفاده می‌شود. همچنین دارای مصارفی در صنایع جوشکاری، طیف‌بینی و تولید تیتانیوم نیز می‌باشد.

انحلال‌پذیری آرگون در آب، تقریباً مشابه اکسیژن است. در هر دمایی، بی‌رنگ و بی‌بو، غیرآتش‌گیر و غیرسمی است. آرگون در شرایط معمول، واکنش شیمیایی انجام نمی‌دهد و هیچ ترکیب شیمیایی پایدار تأیید شده‌ای در دمای اتاق، شکل نمی‌دهد.

ارگون مايع بي رنگ ، بی بو و بی مزه است . این ماده به عنوان یکی از گاز های “عجیب” شناخته میشود زیرا با بقیه ی مواد واکنش نشان نداده و ترکیب شیمیایی شناخته شده ای را تشکیل نمی دهد .آرگون اشتعال ناپذیر و غیر قابل احتراق است و برای زندگی بی خطر نیست . گاز آرگون از هوا سنگین تر است و به مقدار کمی در آب حل میشود . وقتی که آرگون مایع بخارشده و سپس حرارت داده میشود ، مقدار زیادی حرارت را مصرف میکند و در نتیجه یک سردکننده ی ایده آل است.

آرگون کاربردهای فنی و اقتصادی فراوانی دارد و ویژگی های بی اثر آرگون به عنوان گاز محافظ در خیلی از فرآیندهای فلزی (مانند جوشکاری قوی) برای جلوگیری از اکسیداسیون استفاده میشوند .
آرگون کاربردهای فنی و اقتصادی فراوانی دارد و ویژگی های بی اثر آرگون به عنوان گاز محافظ در خیلی از فرآیندهای فلزی (مانند جوشکاری قوی) برای جلوگیری از اکسیداسیون استفاده میشوند . گاز آرگون برای پرکردن لامپ های فلورسنت و رشته ای و همچنین به عنوان گاز عایق برای پنجره ها استفاده میشود.آرگون در بسیاری از صنایع به عنوان گاز آلاینده  برای از بین بردن ناخالص و ایجاد عایق محافظ برای آلاینده هایی مثل اکسیژن ، نیتروژن و آب استفاده میشود.

گاز هليوم

گاز هلیوم به خاطر خواص منحصربفرد گاز نجیب، در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود. گاز هلیوم به عنوان خنک‌کننده فوق‌العاده برای کاربردهای سرمازایی مانند ام.ار.آی(تصویرسازی تشدید مغناطیسی)، طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای(NMR)، شتاب‌دهنده‌های ذرات، برخورد دهنده‌های درونی بزرگ (ال.اچ.سی)، دستگاه تداخل ابررسانا کوانتومی(SQUID)، تشدید پارامغناطیسی اسپین الکترون(ESR)،  ذخیره انرژی مغناطیسی با ابررسانایی(SMES)، انتقال برق، حمل صفحات مغناطیسی، سنسورهای ابررسانا، طیف‌سنجی جرمی، آهنرباهای ابررسانا، میدان قوی جداکننده مغناطیسی، آهنرباهای ابررسانا در زمینه تریل برای راکتورهای همجوشی و دیگر تحقیقات سرماشناسی به کار می‌رود.

هلیوم مواد ابررسانا را در دمای پایین سرد کرده و آهن‌رباهای ابرمغناطیسی را در دمای پایین و نزدیک به صفر مطلق سرد می‌کند، بنابراین مقاومت الکترونیکی ابررسانا به طور ناگهانی تا صفر کاهش می‌یابد. مقاومت الکترونیکی بسیار پایین در ابررساناها آنها را قادر به تولید میدان مغناطیسی قوی‌تر می‌کند. در مورد تجهیزات MRI  در بیمارستان، هر چقدر میدان مغناطیسی قوی‌تر باشد، جزئیات بیشتری در اسکن تصویری رادیولوژی ظاهر می‌شود. هلیوم به عنوان ابرخنک‌کننده استفاده می‌شود، زیرا دارای پایین‌ترین نقطه ذوب و نقطه جوش در میان عناصر است، هلیوم در فشار اتمسفر جامد نمی‌شود و از نظر شیمیایی بی‌اثر است. به علاوه، هلیوم در زیر ۲.۲ کلوین ابرسیال است. تا کنون، این ویژگی ابرسیالی در هیچ برنامه صنعتی مورد استفاده قرار نگرفته است. اگر که به دمای کمتر از ۱۷کلوین نیاز باشد، هلیوم به عنوان ابرخنک‌کننده در کاربردهای برودتی قابل جایگزینی نیست.

گاز هلیوم دومین عنصر سبک بعد از هیدروژن است و چگالی آن کمتر از هواست. بنابراین، هلیوم بعد از جنگ جهانی اول به عنوان گاز بالابر برای بالن، بالون‌های هواشناسی، کشتی‌های هوایی و بالن‌های هوایی استفاده شد.

لازم به ذكر است گاز هليوم در ناوبري هوايي، جوشكاري، تشخيص نشت، كروماتوگرافي گازي، توليد مواد نيمه هادي، اسپري پوشش هاي فلزي، تولید فیبر نوری رسانه، انتقال گرما در راکتورهای هسته‌ای،  لیزر و نورپردازی،تلسکوپ و  هارد درایوها كاربرد دارد.

گاز هيدروژن

گاز هیدروژن برای استفاده در موتورهای احتراقی و وسایل نقلیه الکتریکی باتری دار مورد بررسی قرار گرفته است. گاز هیدروژن در دما و فشار طبیعی، یک گاز است و به این علت، انتقال و ذخیره آن از سوخت های مایع دیگر، دشوارتر است.

با این که تاکنون هیچ سامانه حمل و نقل و توزیع مناسبی برای هیدروژن وجود نداشته، اما توانایی تولید این سوخت از مجموعه متنوعی از منابع و خصوصیت پاک سوز بودن آن، هیدروژن را به سوخت جانشین مناسبی تبدیل کرده است.
هیدروژن یکی از ساده‌ترین و سبک‌ترین سوخت های گازی است که در فشار اتمسفری و دمای جوی حالت گاز دارد. سوخت هیدروژن همان گاز خالص هیدروژن نیست، بلکه مقدار کمی اکسیژن و دیگر مواد را نیز با خود دارد. منابع تولید سوخت هیدروژن شامل گاز طبیعی ، زغال سنگ ، بنزین و الکل متیلیک هستند. فرآیند فتوسنتز در باکتری ها یا جلبک ها و یا شکافتن آب به دو عنصر هیدروژن و اکسیژن به کمک جریان الکتریسیته یا نور مستقیم خورشید از آب، روش های دیگری برای تولید هیدروژن هستند.
در صنعت و آزمایشگاه های شیمی، تولید هیدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدنی است: ۱- الکترولیز ۲- تولید گاز مصنوعی از بازسازی بخار یا اکسیداسیون ناقص. در روش الکترولیز با استفاده از انرژی الکتریکی، مولکول‌های آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شوند. انرژی الکتریکی را می‌توان از هر منبع تولید الکتریسیته که شامل سوخت های تجدید پذیر نیز می‌شوند، به دست آورد. وزارت نیروی آمریکا به این نتیجه رسیده است که استفاده از روش الکترولیز برای تولید مقادیر زیاد هیدروژن در آینده مناسب نخواهد بود.
روش دیگر برای تولید گاز مصنوعی، بازسازی بخار گاز طبیعی است. در این روش، می‌توان از هیدروکربن‌های دیگر نیز به عنوان ذخایر تامین مواد استفاده کرد. برای نمونه، می‌توان زغال سنگ و دیگر مواد آلی (بیوماس) را به حالت گازی درآورد و آن را در فرآیند بازسازی بخار برای تولید هیدروژن به کار برد. از طرفی چون هیدروکربن های فسیلی محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است دید خود را به سمت استفاده از منابع تجدید شونده معطوف کنیم.
گاز هیدروژن می تواند هم از منابع اولیه تجدید پذیر و هم از منابع تجدید ناپذیر تولید شود. امروزه تولید گاز هیدروژن از منابع تجدید پذیر به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را می پیماید. این در حالی است که تولید گاز هیدروژن از منابع تجدید ناپذیر به ویژه منابع فسیلی به علت محدود بودن این منابع روز به روز کاهش می یابد.

در طبیعت میکروارگانیسم های بی هوازی در غیاب اکسیژن و با استفاده از پدیده تخمیر، گاز هیدروژن تولید می کنند، ولی مقدار این گاز از نظر کمی پایین است و از نظر اقتصادی برای مصارف صنعتی و خانگی و … قابل توجیه نیست.

گاز هیدروژن در اثر واکنش های تخمیری میکروارگانیسم های زنده، به ویژه باکتری ها و مخمر ها روی بیوماس، تولید می شود. بیوماس از منابع اولیه تجدید پذیر است که از موادی مانند علوفه، ضایعات گیاهان و فضولات حیوانات به دست می آید. در روند تولید گاز هیدروژن، باکتری های بی هوازی با استفاده از پدیده تخمیر، مواد آلی و آب را به گاز هیدروژن تبدیل می کنند. برای تولید هیدروژن به وسیله باکتری ها دو نوع تخمیر وجود دارد: یک نوع تخمیر نوری است که در آن به منبع نور نیاز است و نوع دیگر، تخمیر در تاریکی است که نیازی به نور ندارد. در این واکنش ها منابع کربنی زیادی استفاده می شود که همگی از بیوماس تامین می شوند.
در طبیعت میکروارگانیسم های بی هوازی در غیاب اکسیژن و با استفاده از پدیده تخمیر، گاز هیدروژن تولید می کنند، ولی مقدار این گاز از نظر کمی پایین است و از نظر اقتصادی برای مصارف صنعتی و خانگی و … قابل توجیه نیست؛ از این رو باید با استفاده از روش هایی، بازده تولید گاز هیدروژن را افزایش داد. یکی از روش هایی که می توان بازده تولید گاز هیدروژن را بالا برد، تغییرات ژنتیک در ژنوم این باکتری ها با استفاده از روش های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی است. روش دیگر، استفاده از ترکیبی از باکتری های هوازی و بی هوازی در کنار هم است. در این روش چون باکتری های بی هوازی در فرآیند تخمیر تولید اسید های آلی می کنند، رفته رفته محیط واکنش اسیدی می شود و PH پایین می آید؛ از این رو تولید هیدروژن کاهش می یابد. ولی هنگامی که باکتری های هوازی در محیط باشند، از اسید های آلی استفاده و آنها از محیط خارج می کنند؛ در نتیجه راندمان تولید گاز هیدروژن بالا می رود
.

تحقیق و توسعه

وزارت نیروی آمریکا برای توسعه استفاده از هیدروژن دو برنامه اصلی را دنبال می‌کند که یکی برنامه هیدروژن وزارت نیرو و دیگری شبکه اطلاعاتی تکنولوژی‌های هیدروژن است. هیدروژن، سومین انرژی فراوان بر روی سطح زمین است. همان طور که به صورت ابتدایی در آب و ترکیبات آلی یافت می شود. هیدروژن از هیدروکربن ها یا آب به دست می آید و هنگامی که به عنوان سوخت مصرف می شود، یا برای تولید الکتریسیته از آن استفاده می شود و یا با ترکیب مجدد با اکسیژن تولید آب می کند. از این رو و با توجه به قابلیت بالای تولید انرژی در این سوخت اخیراً تلاش های زیادی برای جانشین کردن این سوخت صورت می گیرد.

مسائل ایمنی

هیدروژن از دیدگاه ایمنی نیز مطمئن و مطلوب است و برای حمل ونقل ، نگهداری و استفاده، خطرناک تر از سوخت های رایج دیگر نیست. به هر صورت مسائل ایمنی همچنان به عنوان یکی از اساسی‌ترین مقوله ها در استفاده از انرژی هیدروژن باقی می ماند.استانداردهای متداول دنیا امنیت استفاده از آن را با سختگیری در طراحی‌ و انجام آزمایش های متعدد فراهم می آورد. همچنین در حوزه نگهداری و حمل آن، استانداردهای بسیاری برای تمام تجهیزات مرتبط تدوین شده است.

اقتصاد هیدروژن

برای هیدروژن به عنوان یک سوخت، سیستم توزیعی مناسبی وجود ندارد. با این که معمولاً انتقال از طریق خط لوله با صرفه‌ترین راه انتقال سوخت‌های گازی است، اما در حال حاضر سیستم خط لوله مناسبی موجود نیست. انتقال هیدروژن به طور خاص از طریق مخزن و تانکرهای گاز صورت می‌گیرد. استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت به یک زیر ساختار برای حمل ونقل و نگهداری و با توجه به مسائل ایمنی و اقتصادی نیاز دارد.
دیدگاه ایجاد یک زیر ساختار که هیدروژن را به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می‌دهد، مفهوم اقتصادی بودن این طرح را پدید آورده که بهترین راه جهت ایجاد تقاضای بیشتر برای تولید و مصرف این انرژی است، زیرا منابع تولید هیدروژن بسیار ارزان و دردسترس هستند. هیدروژن قابلیت بالایی برای تولید انرژی دارد و میزان آلودگی ناشی از مصرف این سوخت در محیط زیست بسیار کم است. این سوخت به عنوان منبعی تجدیدپذیر، پاک و فراوان تر از سوخت فسیلی می تواند کاربرد زیادی برای نیروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.




انتهاي پيام / مريم عيدي

زمان انتشار: جمعه ۱۱ اسفند ۱۳۹۶ - ۲۰:۰۲:۴۴

شناسه خبر: 57320

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب