کتاب-اصول طراحی و ساخت دستگاه های بیوگاز

        در ده سال اخیر بعلت کمبود انرژی و افزایش قیمت آن در کشورهای وارد کننده مواد سوختی مورد توجه خاص قرار گرفته است. در حال حاضر رشد مصرف انرژی در جهان سه برابر رشد جمعیت است. بشر برای بدست آوردن رفاه بیشتر، نیاز به انرژی بیشتری دارد. افزایش قیمت منابع انرژی تجدید­ناپذیر (فسیلی) از دهه 1970 به بعد، همچنین محدودیت و مخاطرات زیست محیطی (برهم زدن تعادل گرمایی جو زمین و ...)، توجه بسیاری از محققان در سراسر جهان را به منابع انرژی تازه معطوف کرده است. منابعی که احیا­پذیر بوده و مخاطرات زیست­محیطی کمتری را داشته باشند. انرژی­های نوین با ساختاری متفاوت از انرژی­های فسیلی، باعث تحولی عظیم در استفاده از انرژی شده­اند. در این میان، با توجه به رشد فزاینده نیاز و تقاضا برای انرژی (هر ده سال دو برابر می­شود)، تلاش برای یافتن منابع جانشین انرژی امری ضروری است. بیوگاز حاصل از زیست­توده از مهم­ترین انرژی­های نوین می­باشد. امروزه ازدیاد روز­افزون مواد زائد و تولید انرژی از این مواد با توجه به سهولت فناوری و اقتصادی بودن این منابع سبب گردیده است تا توسعه آنها در بسیاری از کشورهای جهان، به صورت یک فناوری صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. در خصوص تخریب لایه ازن که اکنون مسئله روز جهانی شده است، گفته می‌شود که در سطح جهان سالیانه حدود 40 میلیون تن گاز متان تنها از زباله‌های شهری خود به خود تولید شده و در جو زمین پراکنده می‌گردد که جمع‌آوری و سوخت آنها به صورت مناسب به خوبی امکان­پذیر است. بعضی از کشورهای جهان برای حل مشکل یاد شده و نیز برای توزیع نوین سوخت به مناطق روستایی به استفاده علمی از انرژی زیستی از طریق تولید بیوگاز از مواد مختلف اقداماتی انجام داده اند. از جمله این کشورها می توان هلند، ایتالیا، چین، کره شمالی، پاکستان، هندوستان و نپال را نام برد.به دنبال اهداف فوق، بیشتر کشورهای جهان­سوم و همچنین، اغلب کشورهای صنعتی به بهره­برداری از سیستم­های بیوگاز بر­آمده­اند. در این مقاله روند پیشرفت بیوگاز در قرن اخیر مورد مطالعه قرار گرفته است.

     در طی قرن دهم قبل از میلاد مسیح در آشور و در قرن شانزدهم در ایران از بیوگاز برای گرم کردن آب جهت حمام و شستشوی بدن استفاده می‎شد. در سال 1776 میلادی الکساندر ولتا نتیجه گرفت که بین مقدار مواد آلی فساد­پذیر و میزان گاز قابل اشتعال رابطه مستقیمی وجود دارد (عبدلی، 1364). در سال 1859 اولین واحد تخمیر بی­هوازی در بمبئی هند ساخته شد. در سال 1860 میلادی ‌اولین واحد استفاده شده برای تصفیه مواد جامد فاضلاب بوسیله شخصی به نام اچ ـ موراس بکار گرفته شد (نجف­پور، 1374). در اروپا برخی واحدهای بیوگاز بیشتر از‌20 سال است که مشغول به کار هستند. در حال حاضر بیش از600 واحد هاضم در اروپا مشغول بکار می‌باشند و تنها در کشور آلمان در حدود250 واحد بیوگاز، طی پنج سال گذشته نصب شده است. از نیمه اول قرن بیستم در بسیاری از کشورها ساخت دستگاه­های تولید کننده بیوگاز و استفاده از گاز حاصله آن به منظور پخت و پز، تأمین روشنایی و بکار انداختن موتورهای احتراقی وسایل نقلیه به سرعت توسعه یافت (ثقفی، 1382). در این بین کشورهای چین و هند بیش از سایر کشورهای دیگر به ساخت و بهره­‎برداری از دستگاه­های تولید­کننده بیوگاز پرداخته‎اند (سالک، 1373). بیش از نیم­قرن پیش در تصفیه­خانه‎های فاضلاب­های شهری در اروپا استفاده از گاز متان حاصل از تخمیر مواد بیولوژیکی مطرح بود؛ اما استفاده از بیوگاز بصورت متداول از جنگ جهانی دوم به بعد مطرح شد. اهمیت و توسعه بیوگاز در جهان طی سال­های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به عنوان مثال تعداد این دستگاه­ها در چین از سال 1920 تا سال 1985 بالغ بر هفت میلیون برآورد­گردیده که نیازهای انرژی پنجاه میلیون روستایی را بر طرف می­نماید. درکشور امریکا بیش از 400 ژنراتور بزرگ و کوچک بیوگاز برای مصارف خانگی و صنعتی از انرژی بیوگاز استفاده می­نماید (عمرانی، 1375).

تعداد هاضم­های کوچک و متوسط مورد استفاده در سطح جهان در سال 2005 از 25 میلیون واحد فراتر رفته و ده­ها هزار واحد بزرگ بویژه در اروپا و آمریکا نصب شده است. دامداری­ها، مجتمع­های کشاورزی و تقریباً تمام تصفیه­خانه­های فاضلاب کشورهای اروپای غربی موظف به استفاده از هاضم­های بی­هوازی و واحدهای بیوگازی شده­اند (جدول 1).

جدول 1- تعداد واحدهای بیوگاز ساخته شده در کشورهای مختلف

 راندمان مناسب فرآیند هضم بی­هوازی در حل معضل زباله­ها و تولید انرژی باعث توجه کشورهای اروپایی نظیر دانمارک، سوئد، فرانسه، آلمان، هلند، ایتالیا، انگلستان و ... به استفاده و توسعة این فناوری شده است (ثقفی، 1382). علاوه بر کشورهای اروپایی، کشورهای آمریکایی و آفریقایی هم به منظور تأمین بخشی از انرژی خود، استفاده از فرآیند هضم بی­هوازی را مد نظر قرارداده­اند. آمریکا از جمله کشورهایی است که تمایل زیادی به استفاده از نیروگاه­های بیوگازی صنعتی نشان داده است. هاضم­های موجود در آمریکا اکثراً دارای حجم­های بالا با قابلیت­های کاربرد متنوع برای استفاده از فاضلاب و زباله­های شهری، فاضلاب صنعتی، فضولات دامی و زائدات کشاورزی ساخته شده­اند. آمریکا علاوه بر توجه به کاربرد بیوگاز، در مبحث تحقیقات بیوگازی نیز از کشورهای پیشتاز در جهان می­باشد. در سا ل 2003 پروژه (MEAD) توسعه بیوگاز در آمریکا را شتاب قابل توجهی بخشید (سالک، 1373). افزایش مواد زائد در جهان اعم از مایع یا جامد و تولید بیوگاز از این مواد، با توجه به سهولت فناوری و ساخت دستگاه تولید بیوگاز در شرایط بی­هوازی سبب شده است که تولید و مصرف آن در بسیاری ازکشورها به دو صورت (صنعتی وسنتی) مورد توجه قرار گیرد. کشورهای هند و چین در دهه 1930 میلادی، به طور وسیع به ساخت دستگاه­های بیوگاز اقدام نمودند (نجف­پور، 1374).

در کشورهاى اروپاى غربى و جنوب شرقى آسیا فناورى تولید انرژى از بیوگاز بسیار قابل توجه است. در میان کشورهاى اروپایى به کشور سوئد مى­توان اشاره کرد که در زمره بهترین مصرف کنندگان این نوع از انرژى در صنعت حمل و نقل به حساب مى­آید. صنعت بیوگاز در کشورهای آسیای جنوب شرقی، در سطح بسیار وسیعی پیاده شده است و موفقیت­های چشمگیری نیز داشته است (ثقفی، 1382).

       اغلب کشورهای پیشرفته طرح­های بزرگی در زمینه استفاده از بیوگاز در مناطق روستایی به مرحله اجرا گذاشته­اند. به عنوان مثال، در کشور چین800 میلیون روستایی80 % انرژی مورد نیاز روزانه خود را از منابع زیستی به دست می­آورند؛ در غیر این صورت طبق برآوردها سالانه باید حدود500-400 میلیون تن چوب و شاخ و برگ در مناطق روستایی سوزانده شود. ذکر این نکته ضروری است که انرژی حرارتی ناشی از سوختن بیوگاز تولید شده از منابعی همچون چوب و... در مقایسه با سوزاندن مستقیم آنها30-40% افزایش نشان می­دهد. امروزه نصف جمعیت جهان برای استفاده­های گرمایی و آشپزی از چوب استفاده می­کنند و مصرف چوب سالانه حدود۲ الی ۳ درصد افزایش می­یابد (نجف­پور، 1374). درسال۱۹۹۰ مصرف چوب، درحدود ۲ میلیارد متر مکعب (حدود۱۰ میلیون بشکه در روز معادل نفت) بوده است. منابع انرژی بیومس (زیست­توده) را می­توان با استفاده از روش­های جدید مهندسی ژنتیک گسترش داد. راه­هایی نیز وجود دارد که از آنها می­توان برای بالابردن کیفیت سوخت استفاده کرد، مانند تبدیل چوب به زغال، زباله چوب و خاک اره را هم از طریق فشردن و شکل دادن، به صورت قالب(Pellet)  در می­آورند. درآمریکای شمالی و اروپا از این قبیل سوخت­های جامد در صنایع استفاده می­شود (سالک، 1373).

بیشتر کشورهای دنیا برنامه­ریزی گسترده­ای برای تأمین انرژی مورد نیاز خود از طریق انرژی­های نو انجام داده­اند. با توجه به روند کنونی، کشورهای اروپایی به دنبال توصیه اتحادیه اروپا، به سمت استفاده از انرژی­های جانشین و تجدیدپذیر، تا سال۲۰۳۰ میلادی حدود ۱۵ درصد از مجموع انرژی مورد نیاز خود را از طریق انرژی­های تجدید­پذیر، تأمین خواهند کرد. دنیای امروز نیاز مبرم می داند که توجه زیادی برای تولید و استفاده از بیوگاز نشان دهد. اغلب کشورهای پیشرفته طرح­های بزرگی در این زمینه به مرحله اجرا گذاشته­اند، درکشورهای اسکاندیناوی طرح­های بزرگ صنعتی با استفاده از بیوگاز، راه­اندازی شده است. کشور سوئد تا سال۲۰۵۰ میلادی، ۴۰% از بازار خودرو خود را به استفاده از بیوگاز مجهز می­کند که آن را از فرایند سینیتیک بر روی چوب تأمین می­کند. در کشور انگلیس آیین­نامه کاربرد سوخت­های تجدیدپذیر در ترابری این کشور، برای شرکت­های دست­اندر کار فعالیت­های انرژی مانند، شرکت­های نفتی، مؤسسات وارد­کننده نفت و گاز و دیگر نهاد­های عرضه کننده سوخت، لازم­الاجرا خواهد بود. استفاده از بیوگاز در اغلب کشورهای جنوب شرقی آسیا که با مشکل سوخت فسیلی مواجه هستند، وجود دارد (نجف­پور، 1374). از این سیستم برای سه منظور استفاده می­کنند: تولید انرژی برای روستاها با قیمت ارزان، به­سازی محیط زیست و جلوگیری از آلودگی آن و تهیه کود حیوانی غنی­تر برای کشاورزان. کمبود و افزایش قیمت روز افزون سوخت­های فسیلی از یک­سو، وفور مواد فسادپذیر و سادگی عمل با توجه به هزینه­های کم از سوی دیگر، سبب گردیده تا ساختمان دستگاه تخمیر و تولید بیوگاز در بسیاری از کشورهای اروپایی و حتی آمریکا بصورت یک تکنولوژی ساده و سنتی مورد استفاده قرار بگیرد (عبدلی، 1364). کشورهای اروپایی عمدتاً با توجه به نداشتن ذخائر نفتی کافی و یا محدودیت آن، آغازگر حرکت به سمت استحصال انرژی از منابع تجدید­پذیر بوده­اند و مطالعاتی را جهت یافتن کلیه منابع موجود در تبدیل به سوخت و انرژی نموده­اند.

در کشورهای اروپایی نظیر بلژیک، دانمارک، فرانسه، یونان، هلند، انگلستان، ایتالیا و ایرلند تا سال 1982 نزدیک به 600 هاضم وجود داشته که از پسماندهای کشاورزی، فضولات انسانی و فاضلاب­های صنعتی تغذیه می­نموده­اند. 20% انرژی اروپا تا سال 2020 از طریق بیوگاز تامین خواهد شد. بیوگاز یک روش تأمین انرژی است که کربنی تولید نمی­کند. مواد منتج شده از گیاهان و حیوانات ( نظیر فضولات حیوانی یا ضایعات گیاهی ) در طول دوره ماند (ماندگاری) خود، تا زمانی که تجزیه شوند تنها دی­اکسید کربن تولید می­کنند و هیچ گونه انرژی تولید نمی­نمایند، در حالی که برق تولید شده از بیوگاز نسبت به انرژی­های معمول انتشار دی­اکسید کربن بسیار کمتری دارد (عمرانی، 1375). 1کیلووات تولید برق با بیوگاز از تولید 7000 کیلوگرم دی­اکسید کربن در هر سال جلوگیری می­کند. با توجه به این که امروزه واردات بنزین، بودجه زیادی لازم دارد، می­توان با بهره­گیری از بیوگاز به عنوان منبعی پاک و در دسترس علاوه بر کاهش وابستگی به واردات بنزین و همچنین آلودگی­های ناشی از مصرف بنزین در حمل­و­نقل، به حفظ منابع نفت و گاز به عنوان سرمایه­های ملی کوشید (ثقفی، 1382).

            آشنایی با نحوه تولید و استفاده از بیوگاز در کشورهای دیگر به منظور استفاده ازنکات مثبت تجربیات آنها بسیار مفید است. در ادامه نحوه تولید و استفاده از بیوگاز در چند کشور به اجمال مورد بررسی قرارمی­گیرد (عمرانی، 1375):

 کره

       در کره اهمیت تولید بیوگاز به صورت جدی مورد توجه قرار گرفته است؛ به­طوری­که تا سال1975 حدود 30000 واحد بیوگاز در این کشور فعال بوده است.

چین

اهمیت و توسعه بیوگاز در جهان طی سال­های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است؛ به­طوری­که تعداد این دستگاه­ها در چین از سال 1920 تا 1972 تنها 1300 و بعد از آن تا سال 1985 بالغ بر هفت میلیون بر­آورد گردیده است (عبدلی، 1364). در این کشور بیش از 400 ژنراتور بزرگ و کوچک بیوگاز برای مصارف خانگی و صنعتی از انرژی بیوگاز استفاده می­نمایند. کشور چین با ابداع نوعی سیستم زراعی همراه با دام توانسته است گیاه و دام را در یک سیستم، در ارتباط با زنجیره ریزه­خواری قرار دهد. در این سیستم­ها برنج محصول زراعی اصلی است، زمانی­که دانه برداشت می­شود کاه وکلش، همراه با کود دامی در یک دستگاه هضم کننده بیوگاز به صورت کمپوست در می­آید که متان حاصل از این فرایند برای پخت­وپز و روشنایی و لجن باقی­مانده در دستگاه هضم کننده، برای تولید قارچ خوراکی مورد استفاده قرار می­گیرد. بعد از اینکه قارچ برداشت شد، بقایای ماده آلی هم به عنوان کود آلی به مزارع برنج برگردانده می­شود (نجف­پور، 1374). این سیستم، از نظر مصرف انرژی و چرخش عناصر غذایی بسیار کارآمد است (شکل 1و2).

       وضعیت انرژی هند در مقایسه با سایر کشورهای توسعه یافته تفاوت بسیاری دارد که حکایت از مجموعه­ای از منابع متعدد انرژی، برای تأمین نیازهای مردم این کشور دارد. در گذشته، اقدام­های هند به دلیل فعالیت های پراکنده و مجزا موفق نبوده است. روند حرکت به سمت انرژی های نو در هندوستان سه مرحله را پشت سر گذاشته است (عبدلی، 1364):

مرحله اول: در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980 بیشتر تلاش­ها در زمینه بیوگاز، ساخت اجاق­های مدرن­تر و استفاده از انرژی خورشیدی و تلاش برای افزایش آگاهی مردم بود.

مرحله دوم: تأسیس وزارت انرژی­های غیرمرسوم در سال 1992 بود که پس از آن مؤسسات و سازمان­های زیادی درخصوص تأمین سوخت­های مناطق مختلف و با هدف افزایش اشتغال در مراکز روستایی و محلی مشغول فعالیت شدند.

مرحله سوم: فعالیت­های جاری به صورت منسجم­تری انجام شد و بر توسعه فناوری­ها برای تولید برق از باد، ایجاد نیروگاه­های کوچک آبی، توسعه سیستم­های ترکیبی تولید انرژی از بیوگاز و بیومس تأکید شد. مجموعه این تلاش­ها سبب شد که از بار مشکلات و سختی­های تأمین انرژی برای روستائیان و همچنین آلودگی­های زیست­محیطی در کشور هند به نحو مؤثری کاسته شود. از اقدام­های مهم انجام شده در حوزه­های مختلف انرژ ی­های تجدیدپذیر در هند می­توان موارد زیر را نام برد (عدل، 1378):

در سال 200 در هندوستان انرژی بیومس حدود یک­سوم کل انرژی مصرفی کشور را به خود اختصاص می­داد، که 90 درصد آن در مراکز روستایی و 10 درصد در مراکز شهری به مصرف می­رسید. واحدهای تولید بیوگاز در کشور هند رواج زیادی پیدا کرده است، به طوری که هم­اکنون برای روشنایی منازل و یا معابر نیز در روستاها مصرف می-شود. پسماندهای گیاهی نیشکر از منابع تولید انرژی است که نوعی انرژ­ی بیومس بوده و می­توان تولید انرژی برق حاصل از آن را تا 340 مگاوات در هند افزایش داد. دولت هند در صدد است تا طرح­های استفاده از این نوع انرژی را در نواحی مختلف کشور گسترش دهد. از سال 2000 تا سال 2010 میزان مصر

منابع

ثقفی، محمود (1382) " انرژی­های تجدید پذیر نوین". انتشارات امیر­کبیر، چاپ دوم.

عدل، مهرداد (1378) "برآورد قابلیت­های تولید انرژی از زائدات زیستی". پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران.

قارداشی، ابوالقاسم علی و مهرداد، عدل (1379)""گزارش بررسی اقتصادی پروژه زیست توده" .گروه انرژی‌های نو، پژوهشگاه نیرو.

قارداشی، ابوالقاسم­علی و عدل، مهرداد (1380) "بیوگاز در ایران". سومین همایش ملی انرژی

پاورپوینت-انرژی هیدروژنی- در 50 اسلاید-powerpoin-ppt

محتوای انرژی هیدروژن:

محتوای انرژی به صورت مقدار انرژی در واحد جرم سوخت تعریف می‌شود. در بین سوخت‌های رایج، هیدروژن از محتوای انرژی بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، انرژی یک کیلوگرم هیدروژن برابر با ۲٫۴ گیلوگرم گاز طبیعی و ۲٫۷ کیلوگرم بنزین است. البته با توجه به این‌که چگالی هیدروژن کمتر از گاز طبیعی و بنزین است، برای ذخیره سازی هیدروژن نیاز به مخازن بزرگ‌تری است. حجمی از هیدروژن که از نظر محتوای انرژی، با مقداری بنزین معادل باشد، چهار برابر بنزین حج اشغال خواهد کرد!

آلایندگی هیدروژن:

هیدروژن آلاینده نیست و ورود آن به اتمسفر و یا آب و خاک، مشکل خاصی را ایجاد نمی‌کند و ماده خروجی از خودرو‌های هیدروژنی آب است و با محیط زیست سازگار می‌باشد اما استفاده از سوخت‌های فسیلی همچون گاز و بنزین، آلودگی‌های زیست محیطی در پی خواهد داشت. ترکیبات سمی‌ای همچون ترکیبات آروماتیکی و یا سرب و جیوه که ممکن است در بنزین وجود داشته باشد، می‌تواند صدمات شدیدی را به جانداران و محیط زیست بزند. گاز طبیعی هم با این‌که ۶۰% مونو اکسید کربن کمتری نسبت به بنزین دارد، اما آلایندگی آن نسبت به هیدروژن بسیار زیاد است.

رنگ، بو و مزه هیدروژن:

هیدروژن بدون بو و رنگ و مزه است و نشتی آن فقط با حس‌گر‌های خاصی قابل تشخیص  است. گرچه گاز طبیعی هم بدون بو و رنگ و مزه است اما با اضافه کردن ترکیبات مرکاپتان به گاز طبیعی، گاز طبیعی بوی خاصی می‌گیرد تا افراد از نشتی آن آگاه شوند. به دلیل مسموم شدن کاتالیست‌های پیل سوختی توسط ترکیبات گوگردی، نمی‌توان مرکاپتان‌ها را به هیدروژن اضافه نمود.

اشتعال پذیری هیدروژن:

هیدروژن، سوختی با ضریب نفوذ بالا و مولکول‌های کوچک است که به راحتی آتش نمی‌گیرد. هیدورژن در غلظت‌های بالا با مقداری کمی گرما، مشتعل می‌شود اما معمولا در هنگام تصادفات به دلیل این‌که هیدروژن ضریب نفوذ بسیار بالایی نسبت به گاز طبیعی دارد، قبل از آن‌که آتش بگیرد، به سرعت در محیط پخش می‌شود.

محدوده اشتعال پذیری هیدروژن:

هیدروژن محدوده اشتعال پذیری زیادی دارد و می‌تواند در نسبت‌های ۴% تا ۷۵% بسوزد اما با توجه به نسبت محدوده اشتعال پذیری و نسبت حجمی بنزین و گاز طبیعی برای سوختن، خطر هیدروژن بیشتر از گاز طبیعی و کمتر از بنزین می‌باشد.

قابلیت انفجار هیدروژن:

اکنون بحث روش‌های ذخیره‌سازی هیدروژن از مباحث داغ به شمار می‌رود. هیدروژن تا زمانی که به تنهایی در مخزن باشد، انفجار رخ نمی‌دهد. حضور یک اکسید کننده مانند اکسیژن با غلظت حداقل ۱۰% به صورت خالص و یا ۴۱% به صورت هوا، می‌تواند سبب انفجار مخزن هیدروژن شود اما با توجه به این‌که بنزین در غلظت‌های بسیار پایین‌تر قابل انفجار است، خطر انفجار مخزن هیدروژن کمتر از بنزین است و اگر محیط اطراف باز باشد، خطر انفجار هیدروژن به دلیل ضریب نفوذ بالایی که دارد، بسیار کمتر از بنزین است.

شعله هیدروژن:

شعله هیدروژن آبی کم‌رنگ و تقریبا نامرئی است و به صورت متمرکز و عمودی است و همین موضوع سبب ایمنی بیشتر هیدروژن نسبت به بنزین است زیرا در صورتی که مخزن ذخیره هیدروژن سوراخ شود، شعله هیدروژن از مخزن فاصله می‌گیرد و به صورت متمرکز و عمودی و با سرعت زیادی می‌سوزد و در عرض کمتر از دو دقیقه کل ذخیره هیدروژن به اتمام می‌رسد اما با کوچکترین نشتی در مخزن ذخیره بنزین، انفجار رخ خواهد داد و آتش به اطراف سرایت خواهد کرد.

انرژی هیدروژن و پیل سوختی

مجموعه‌ای از عوامل مختلف از جمله محدودیت منابع فسیلی، تأثیرات منفی زیست محیطی، بهره‌گیری از منابع هیدروکربنی، افزایش قیمت سوختهای فسیلی، منازعات سیاسی و تأثیرات آن بر روی ارائه انرژی پایدار از جمله دلایلی هستند که بسیاری از سیاستمداران و متخصصین مباحث انرژی و محیط زیست را در حرکت به سوی ایجاد ساختاری نوین مبتنی بر امنیت ارائه انرژی، حفظ محیط زیست، ارتقاء کارایی سیستم انرژی وادار نموده است. بر این اساس هیدروژن یکی از بهترین گزینه‌ها جهت ایفای نقش حامل انرژی در این سیستم جدید ارائه انرژی می‌باشد.

هیدروژن بعنوان فراوان‌ترین عنصر موجود در سطح زمین به روشهای مختلف قابل تولید می‌باشد. در یک سیستم ایده آل انرژی بر پایه هیدروژن با هدف تأمین امنیت ارائه انرژی، حفظ محیط زیست و ارتقاء کارایی سیستم انرژی، هیدروژن از الکتریسیته تولیدی از منابع تجدیدپذیر نظیر باد، خورشید، زمین گرمایی و نظایر آن تولید شده و پس از ذخیره سازی و انتقال به محل‌های مصرف، در کاربردهای مختلف از جمله تجهیزات الکترونیکی کوچک (میلی وات) ، صنعت حمل و نقل و صنایع نیروگاهی قابل بکارگیری است. با این رویکرد بسیاری بر این باورند که سوخت نهایی بشر هیدروژن بوده و بشر درآینده‌ای نه چندان دور عصر هیدروژن را تجربه خواهد نمود.

از جمله ویژگیهایی که هیدروژن را از سایر گزینه‎های مطرح سوختی متمایز می‎نماید، می‎توان به فراوانی، مصرف تقریباً منحصر به فرد، انتشار بسیار ناچیز آلایندهها، برگشت‌پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانه‎ای اشاره نمود.سیستم انرژی هیدروژنی بدلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دایمی، پایدار، فناناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر می‎باشد و پیش بینی می‎شود که در آینده‎ا‎ی نه چندان دور تولید و مصرف آن بعنوان حامل انرژی به سراسر اقتصاد جهانی سرایت نموده و اقتصاد هیدروژنی تثبیت شود؛ با این وجود نباید انتظار داشت که هیدروژن در بدو ورود از نظر قیمتی بتواند با سایر حاملهای انرژی رقابت نماید. در آینده هیدروژن و پیلهای سوختی می‎توانند نقش محوری و کنترل کنندگی در آلودگی شهرها داشته باشند.عمل تبدیل انرژی شیمیایی موجود در هیدروژن به انرژی الکتریکی توسط پیل سوختی انجام می‌پذیرد که متناسب با کاربرد و خواص ساختاری آنها، پیل‌های سوختی خود به انواع مختلف تقسیم می‌شوند. در واقع اهمیت فناوری پیل سوختی در یک سیستم انرژی بر پایه هیدروژن (عصر هیدروژن)به گونه‌ای است که بسیاری آنرا به لوکوموتیو قطار توسعه عصر هیدروژن تشبیه نموده‌اند. علاوه بر فناوری پیل سوختی به عنوان مصرف کننده هیدروژن در عصر هیدروژن، فناوریهای تولید، ذخیره سازی، عرضه و انتقال هیدروژن نیز از اجزاء اصلی ساختار انرژی این عصر خواهند بود.

مصرف گسترده و کلان انرژی حاصل از سوختهای فسیلی اگرچه رشد سریع اقتصادی جوامع پیشرفته صنعتی را به همراه داشته است اما بواسطه انتشار مواد آلاینده حاصل از احتراق و افزایش دی اکسید کربن در جو و پیامدهای آن، جهان را با تغییرات روز افزونی آماده ساخته است که افزایش  دمای زمین، تغییرات آب و هوایی، بالا آمدن سطح آب دریاها و در نهایت تشدید منازعات بین المللی از جمله این پیامدها محسوب می شوند. از سوی دیگر اتمام قریب الوقوع منابع فسیلی و پیش بینی افزایش قیمتها بیش از پیش بر اهمیت و لزوم جایگزینی سیستم انرژی فعلی اهمیت دارد.

در سال 1997 میلادی کنوانسیون تغییرات آب و هوایی با هدف تثبیت غلظت گازهای گلخانه ای در اتمسفر،  پروتکل کیوتو را مطرح نمود که به موجب این پروتکل کشورهای صنعتی ملزم به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای شده اند و هدف اصلی از این کنوانسیون دستیابی به تثبیت غلظت گازهای گلخانه ای در اتمسفر تا سطحی است که مانع تداخل خطرناک فعالیتهای بشری با سیستم آب و هوایی گردد و چنین سطحی در چهارچوب زمانی مناسب قابل اجرا خواهد بود تا اکوسیستمها بطور طبیعی خود را با تغیییر آب و هوایی تطبیق دهند و اطمینان حاصل شود که امنیت غذایی تهدید نمی شود و توسعه اقتصادی بطور پایدار ایجاد می گردد. از سوی دیگر مجموعه انرژیهای تجدید پذیر روز به روز سهم بیشتری را در سیستم تامین انرژی جهان بعهده می گیرد؛ لذا در برنامه ها و سیاستهای بین المللی، نقش مهمی به منابع تجدید پذیر انرژی محول گردیده است.

انرژی امواج دریا و انرژی اقیانوسی

هر وقت به کنار دریا می روید چه چیز نظر شما را جلب می کند؟ آیا دریای بی موج و تلاطم دیده اید؟ موج دریا چه نوع انرژی دارد؟ آیا می توان از این انرژی بهره جست؟

دیدگاه تاریخی:

بحران نفت به خصوص پس از جنگ اعراب و اسراییل در ١٩٧٣ و بحران انرژی در اواخر قرن بیستم باعث افزایش قیمت نفت شد. بر این اساس استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در اولویت قرار گرفت و کشورهایی که مرز آبی گسترده دارند به این فکر افتادند که از انرژی موج دریا برای تولید انرژی استفاده نمایند.

 برخی نیروگاه های آبی به صورت شناور روی آب هستند، برخی نیز در کنار ساحل انرژی آب را به برق تبدیل می کنند

انرژی موج (به انگلیسی: Wave power) در اقیانوس باز بر اثر عمل باد روی سطح اقیانوس تولید می‌شوند. کل انرژی موج توزیع شده در زمین در حدود 2.5x106 MW تخمین زده می‌شود که در حدود انرژی کلی توزیعی جزر و مد است. انرژی موج منبع تجدید شونده است (انرژی برگشت‌پذیر) و معمولاً نسبت به انرژی باد بیشتر قابل تولید است. انرژیی که از امواج استخراج می‌شود، دوباره به سرعت توسط برهمکنش با دو سطح اقیانوس پر می‌شود. انرژی موج نامنظم، نوسانی و دارای فرکانس پائین است که قبل از اضافه شدن به شبکه باید یه فرکانس 60 هرتز تبدیل شود و همچنین انرژی که از امواج استخراج می شود، دوباره به سرعت توسط برهمکنش با دو سطح اقیانوس پر می شوداز جمله ویژگیهایی که هیدروژن را از سایر گزینه‎های مطرح سوختی متمایز می‎نماید، می‎توان به فراوانی، مصرف تقریباً منحصر به فرد، انتشار بسیار ناچیز آلایندهها، برگشت‌پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانه‎ای اشاره نمود.سیستم انرژی هیدروژنی بدلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دایمی، پایدار، فناناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر می‎باشد و پیش بینی می‎شود که در آینده‎ا‎ی نه چندان دور تولید و مصرف آن بعنوان حامل انرژی به سراسر اقتصاد جهانی سرایت نموده و اقتصاد هیدروژنی تثبیت شود؛ با این وجود نباید انتظار داشت که هیدروژن در بدو ورود از نظر قیمتی بتواند با سایر حاملهای انرژی رقابت نماید. در آینده هیدروژن و پیلهای سوختی می‎توانند نقش محوری و کنترل کنندگی در آلودگی شهرها داشته باشند.عمل تبدیل انرژی شیمیایی موجود در هیدروژن به انرژی الکتریکی توسط پیل سوختی انجام می‌پذیرد که متناسب با کاربرد و خواص ساختاری آنها، پیل‌های سوختی خود به انواع مختلف تقسیم می‌شوند. در واقع اهمیت فناوری پیل سوختی در یک سیستم انرژی بر پایه هیدروژن (عصر هیدروژن)به گونه‌ای است که بسیاری آنرا به لوکوموتیو قطار توسعه عصر هیدروژن تشبیه نموده‌اند. علاوه بر فناوری پیل سوختی به عنوان مصرف کننده هیدروژن در عصر هیدروژن، فناوریهای تولید، ذخیره سازی، عرضه و انتقال هیدروژن نیز از اجزاء اصلی ساختار انرژی این عصر خواهند بود.

پاورپوینت-انرژی هیدروژنی- در 50 اسلاید-powerpoin-ppt

محتوای انرژی هیدروژن:

محتوای انرژی به صورت مقدار انرژی در واحد جرم سوخت تعریف می‌شود. در بین سوخت‌های رایج، هیدروژن از محتوای انرژی بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، انرژی یک کیلوگرم هیدروژن برابر با ۲٫۴ گیلوگرم گاز طبیعی و ۲٫۷ کیلوگرم بنزین است. البته با توجه به این‌که چگالی هیدروژن کمتر از گاز طبیعی و بنزین است، برای ذخیره سازی هیدروژن نیاز به مخازن بزرگ‌تری است. حجمی از هیدروژن که از نظر محتوای انرژی، با مقداری بنزین معادل باشد، چهار برابر بنزین حج اشغال خواهد کرد!

آلایندگی هیدروژن:

هیدروژن آلاینده نیست و ورود آن به اتمسفر و یا آب و خاک، مشکل خاصی را ایجاد نمی‌کند و ماده خروجی از خودرو‌های هیدروژنی آب است و با محیط زیست سازگار می‌باشد اما استفاده از سوخت‌های فسیلی همچون گاز و بنزین، آلودگی‌های زیست محیطی در پی خواهد داشت. ترکیبات سمی‌ای همچون ترکیبات آروماتیکی و یا سرب و جیوه که ممکن است در بنزین وجود داشته باشد، می‌تواند صدمات شدیدی را به جانداران و محیط زیست بزند. گاز طبیعی هم با این‌که ۶۰% مونو اکسید کربن کمتری نسبت به بنزین دارد، اما آلایندگی آن نسبت به هیدروژن بسیار زیاد است.

رنگ، بو و مزه هیدروژن:

هیدروژن بدون بو و رنگ و مزه است و نشتی آن فقط با حس‌گر‌های خاصی قابل تشخیص  است. گرچه گاز طبیعی هم بدون بو و رنگ و مزه است اما با اضافه کردن ترکیبات مرکاپتان به گاز طبیعی، گاز طبیعی بوی خاصی می‌گیرد تا افراد از نشتی آن آگاه شوند. به دلیل مسموم شدن کاتالیست‌های پیل سوختی توسط ترکیبات گوگردی، نمی‌توان مرکاپتان‌ها را به هیدروژن اضافه نمود.

اشتعال پذیری هیدروژن:

هیدروژن، سوختی با ضریب نفوذ بالا و مولکول‌های کوچک است که به راحتی آتش نمی‌گیرد. هیدورژن در غلظت‌های بالا با مقداری کمی گرما، مشتعل می‌شود اما معمولا در هنگام تصادفات به دلیل این‌که هیدروژن ضریب نفوذ بسیار بالایی نسبت به گاز طبیعی دارد، قبل از آن‌که آتش بگیرد، به سرعت در محیط پخش می‌شود.

محدوده اشتعال پذیری هیدروژن:

هیدروژن محدوده اشتعال پذیری زیادی دارد و می‌تواند در نسبت‌های ۴% تا ۷۵% بسوزد اما با توجه به نسبت محدوده اشتعال پذیری و نسبت حجمی بنزین و گاز طبیعی برای سوختن، خطر هیدروژن بیشتر از گاز طبیعی و کمتر از بنزین می‌باشد.

قابلیت انفجار هیدروژن:

اکنون بحث روش‌های ذخیره‌سازی هیدروژن از مباحث داغ به شمار می‌رود. هیدروژن تا زمانی که به تنهایی در مخزن باشد، انفجار رخ نمی‌دهد. حضور یک اکسید کننده مانند اکسیژن با غلظت حداقل ۱۰% به صورت خالص و یا ۴۱% به صورت هوا، می‌تواند سبب انفجار مخزن هیدروژن شود اما با توجه به این‌که بنزین در غلظت‌های بسیار پایین‌تر قابل انفجار است، خطر انفجار مخزن هیدروژن کمتر از بنزین است و اگر محیط اطراف باز باشد، خطر انفجار هیدروژن به دلیل ضریب نفوذ بالایی که دارد، بسیار کمتر از بنزین است.

شعله هیدروژن:

شعله هیدروژن آبی کم‌رنگ و تقریبا نامرئی است و به صورت متمرکز و عمودی است و همین موضوع سبب ایمنی بیشتر هیدروژن نسبت به بنزین است زیرا در صورتی که مخزن ذخیره هیدروژن سوراخ شود، شعله هیدروژن از مخزن فاصله می‌گیرد و به صورت متمرکز و عمودی و با سرعت زیادی می‌سوزد و در عرض کمتر از دو دقیقه کل ذخیره هیدروژن به اتمام می‌رسد اما با کوچکترین نشتی در مخزن ذخیره بنزین، انفجار رخ خواهد داد و آتش به اطراف سرایت خواهد کرد.

انرژی هیدروژن و پیل سوختی

مجموعه‌ای از عوامل مختلف از جمله محدودیت منابع فسیلی، تأثیرات منفی زیست محیطی، بهره‌گیری از منابع هیدروکربنی، افزایش قیمت سوختهای فسیلی، منازعات سیاسی و تأثیرات آن بر روی ارائه انرژی پایدار از جمله دلایلی هستند که بسیاری از سیاستمداران و متخصصین مباحث انرژی و محیط زیست را در حرکت به سوی ایجاد ساختاری نوین مبتنی بر امنیت ارائه انرژی، حفظ محیط زیست، ارتقاء کارایی سیستم انرژی وادار نموده است. بر این اساس هیدروژن یکی از بهترین گزینه‌ها جهت ایفای نقش حامل انرژی در این سیستم جدید ارائه انرژی می‌باشد.

هیدروژن بعنوان فراوان‌ترین عنصر موجود در سطح زمین به روشهای مختلف قابل تولید می‌باشد. در یک سیستم ایده آل انرژی بر پایه هیدروژن با هدف تأمین امنیت ارائه انرژی، حفظ محیط زیست و ارتقاء کارایی سیستم انرژی، هیدروژن از الکتریسیته تولیدی از منابع تجدیدپذیر نظیر باد، خورشید، زمین گرمایی و نظایر آن تولید شده و پس از ذخیره سازی و انتقال به محل‌های مصرف، در کاربردهای مختلف از جمله تجهیزات الکترونیکی کوچک (میلی وات) ، صنعت حمل و نقل و صنایع نیروگاهی قابل بکارگیری است. با این رویکرد بسیاری بر این باورند که سوخت نهایی بشر هیدروژن بوده و بشر درآینده‌ای نه چندان دور عصر هیدروژن را تجربه خواهد نمود.

از جمله ویژگیهایی که هیدروژن را از سایر گزینه‎های مطرح سوختی متمایز می‎نماید، می‎توان به فراوانی، مصرف تقریباً منحصر به فرد، انتشار بسیار ناچیز آلایندهها، برگشت‌پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانه‎ای اشاره نمود.سیستم انرژی هیدروژنی بدلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دایمی، پایدار، فناناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر می‎باشد و پیش بینی می‎شود که در آینده‎ا‎ی نه چندان دور تولید و مصرف آن بعنوان حامل انرژی به سراسر اقتصاد جهانی سرایت نموده و اقتصاد هیدروژنی تثبیت شود؛ با این وجود نباید انتظار داشت که هیدروژن در بدو ورود از نظر قیمتی بتواند با سایر حاملهای انرژی رقابت نماید. در آینده هیدروژن و پیلهای سوختی می‎توانند نقش محوری و کنترل کنندگی در آلودگی شهرها داشته باشند.عمل تبدیل انرژی شیمیایی موجود در هیدروژن به انرژی الکتریکی توسط پیل سوختی انجام می‌پذیرد که متناسب با کاربرد و خواص ساختاری آنها، پیل‌های سوختی خود به انواع مختلف تقسیم می‌شوند. در واقع اهمیت فناوری پیل سوختی در یک سیستم انرژی بر پایه هیدروژن (عصر هیدروژن)به گونه‌ای است که بسیاری آنرا به لوکوموتیو قطار توسعه عصر هیدروژن تشبیه نموده‌اند. علاوه بر فناوری پیل سوختی به عنوان مصرف کننده هیدروژن در عصر هیدروژن، فناوریهای تولید، ذخیره سازی، عرضه و انتقال هیدروژن نیز از اجزاء اصلی ساختار انرژی این عصر خواهند بود.

مصرف گسترده و کلان انرژی حاصل از سوختهای فسیلی اگرچه رشد سریع اقتصادی جوامع پیشرفته صنعتی را به همراه داشته است اما بواسطه انتشار مواد آلاینده حاصل از احتراق و افزایش دی اکسید کربن در جو و پیامدهای آن، جهان را با تغییرات روز افزونی آماده ساخته است که افزایش  دمای زمین، تغییرات آب و هوایی، بالا آمدن سطح آب دریاها و در نهایت تشدید منازعات بین المللی از جمله این پیامدها محسوب می شوند. از سوی دیگر اتمام قریب الوقوع منابع فسیلی و پیش بینی افزایش قیمتها بیش از پیش بر اهمیت و لزوم جایگزینی سیستم انرژی فعلی اهمیت دارد.

در سال 1997 میلادی کنوانسیون تغییرات آب و هوایی با هدف تثبیت غلظت گازهای گلخانه ای در اتمسفر،  پروتکل کیوتو را مطرح نمود که به موجب این پروتکل کشورهای صنعتی ملزم به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای شده اند و هدف اصلی از این کنوانسیون دستیابی به تثبیت غلظت گازهای گلخانه ای در اتمسفر تا سطحی است که مانع تداخل خطرناک فعالیتهای بشری با سیستم آب و هوایی گردد و چنین سطحی در چهارچوب زمانی مناسب قابل اجرا خواهد بود تا اکوسیستمها بطور طبیعی خود را با تغیییر آب و هوایی تطبیق دهند و اطمینان حاصل شود که امنیت غذایی تهدید نمی شود و توسعه اقتصادی بطور پایدار ایجاد می گردد. از سوی دیگر مجموعه انرژیهای تجدید پذیر روز به روز سهم بیشتری را در سیستم تامین انرژی جهان بعهده می گیرد؛ لذا در برنامه ها و سیاستهای بین المللی، نقش مهمی به منابع تجدید پذیر انرژی محول گردیده است.

انرژی امواج دریا و انرژی اقیانوسی

هر وقت به کنار دریا می روید چه چیز نظر شما را جلب می کند؟ آیا دریای بی موج و تلاطم دیده اید؟ موج دریا چه نوع انرژی دارد؟ آیا می توان از این انرژی بهره جست؟

دیدگاه تاریخی:

بحران نفت به خصوص پس از جنگ اعراب و اسراییل در ١٩٧٣ و بحران انرژی در اواخر قرن بیستم باعث افزایش قیمت نفت شد. بر این اساس استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در اولویت قرار گرفت و کشورهایی که مرز آبی گسترده دارند به این فکر افتادند که از انرژی موج دریا برای تولید انرژی استفاده نمایند.

 برخی نیروگاه های آبی به صورت شناور روی آب هستند، برخی نیز در کنار ساحل انرژی آب را به برق تبدیل می کنند

انرژی موج (به انگلیسی: Wave power) در اقیانوس باز بر اثر عمل باد روی سطح اقیانوس تولید می‌شوند. کل انرژی موج توزیع شده در زمین در حدود 2.5x106 MW تخمین زده می‌شود که در حدود انرژی کلی توزیعی جزر و مد است. انرژی موج منبع تجدید شونده است (انرژی برگشت‌پذیر) و معمولاً نسبت به انرژی باد بیشتر قابل تولید است. انرژیی که از امواج استخراج می‌شود، دوباره به سرعت توسط برهمکنش با دو سطح اقیانوس پر می‌شود. انرژی موج نامنظم، نوسانی و دارای فرکانس پائین است که قبل از اضافه شدن به شبکه باید یه فرکانس 60 هرتز تبدیل شود و همچنین انرژی که از امواج استخراج می شود، دوباره به سرعت توسط برهمکنش با دو سطح اقیانوس پر می شوداز جمله ویژگیهایی که هیدروژن را از سایر گزینه‎های مطرح سوختی متمایز می‎نماید، می‎توان به فراوانی، مصرف تقریباً منحصر به فرد، انتشار بسیار ناچیز آلایندهها، برگشت‌پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانه‎ای اشاره نمود.سیستم انرژی هیدروژنی بدلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دایمی، پایدار، فناناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر می‎باشد و پیش بینی می‎شود که در آینده‎ا‎ی نه چندان دور تولید و مصرف آن بعنوان حامل انرژی به سراسر اقتصاد جهانی سرایت نموده و اقتصاد هیدروژنی تثبیت شود؛ با این وجود نباید انتظار داشت که هیدروژن در بدو ورود از نظر قیمتی بتواند با سایر حاملهای انرژی رقابت نماید. در آینده هیدروژن و پیلهای سوختی می‎توانند نقش محوری و کنترل کنندگی در آلودگی شهرها داشته باشند.عمل تبدیل انرژی شیمیایی موجود در هیدروژن به انرژی الکتریکی توسط پیل سوختی انجام می‌پذیرد که متناسب با کاربرد و خواص ساختاری آنها، پیل‌های سوختی خود به انواع مختلف تقسیم می‌شوند. در واقع اهمیت فناوری پیل سوختی در یک سیستم انرژی بر پایه هیدروژن (عصر هیدروژن)به گونه‌ای است که بسیاری آنرا به لوکوموتیو قطار توسعه عصر هیدروژن تشبیه نموده‌اند. علاوه بر فناوری پیل سوختی به عنوان مصرف کننده هیدروژن در عصر هیدروژن، فناوریهای تولید، ذخیره سازی، عرضه و انتقال هیدروژن نیز از اجزاء اصلی ساختار انرژی این عصر خواهند بود.