به نقل از «ایسنا»

سیستم جدید دانشگاه «ام‌آی‌تی» برای تولید هیدروژن پاک از نور خورشید

تاریخ انتشار: ۲۶ مهر ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۸۹۰۹۳۲۰

سیستم‌های متعارف تولید هیدروژن به سوخت‌های فسیلی وابسته هستند اما سیستم جدیدی که مراحل طراحی را در دانشگاه «ام‌آی‌تی» می‌گذارند، فقط از انرژی خورشیدی استفاده می‌کند.

به گزارش ایسنا و به نقل از ام‌آی‌تی نیوز، مهندسان دانشگاه «ام‌آی‌تی»(MIT) سعی دارند یک نوع سوخت هیدروژنی کاملا سازگار با محیط زیست و بدون کربن تولید کنند و یک سیستم جدید از رآکتورهایی شبیه به قطار بسازند که صرفا توسط خورشید هدایت می‌شود.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

مهندسان ام‌آی‌تی در پژوهش جدید خود، طرح مفهومی یک سیستم را ارائه کرده‌اند که می‌تواند هیدروژن حرارتی خورشیدی را به طور موثر تولید کند. این سیستم از گرمای خورشید برای شکافت مستقیم آب و تولید هیدروژن استفاده می‌کند و یک سوخت پاک را تولید می‌کند که می‌تواند به کامیون‌ها، کشتی‌ها و هواپیماها برای پیمودن مسافت طولانی انرژی بدهد. در این فرآیند هیچ گاز گلخانه‌ای منتشر نمی‌شود.

امروزه، هیدروژن عمدتا از طریق فرآیندهایی تولید می‌شود که شامل گاز طبیعی و سایر سوخت‌های فسیلی است و در نتیجه آنها، سوخت سبز از زمان آغاز تولید تا استفاده نهایی، بیشتر به یک منبع انرژی خاکستری تبدیل می‌شود. انرژی خاکستری، نوعی انرژی است که از سوخت‌های فسیلی نشات می‌گیرد. در مقابل، «هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی»(STCH) یک جایگزین کاملا بدون آلایندگی را ارائه می‌دهد زیرا به طور کامل به انرژی خورشیدی تجدیدپذیر برای هدایت تولید هیدروژن متکی است. با وجود این، طرح‌های موجود هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی، کارآیی محدودی دارند و تنها حدود هفت درصد از نور خورشید ورودی برای تولید هیدروژن استفاده می‌شود. این سیستم‌ها تاکنون بازدهی کم‌ و هزینه بالایی داشته‌اند.

گروه ام‌آی‌تی در یک گام بزرگ به سوی تحقق بخشیدن به سوخت‌های خورشیدی دریافتند که طراحی جدید آنها می‌تواند تا ۴۰ درصد از گرمای خورشید را برای تولید هیدروژن مهار کند. افزایش بهره‌وری می‌تواند هزینه کلی سیستم را کاهش دهد و هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی را به یک گزینه مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه برای کمک کردن به کربن‌زدایی صنعت حمل و نقل تبدیل کند.

«احمد گونیم»(Ahmed Ghoniem) استاد دانشکده مهندسی مکانیک «رونالد کرین»(Ronald Crane) در دانشگاه ام‌آی‌تی و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ما هیدروژن را به عنوان سوخت آینده در نظر می‌گیریم که باید تولید ارزان و در مقیاس بالا داشته باشد. ما سعی داریم تا به هدف وزارت انرژی برسیم که تولید هیدروژن سبز تا سال ۲۰۳۰ با قیمت یک دلار در هر کیلوگرم است. برای بهبود اقتصاد باید کارآیی را بهبود ببخشیم و مطمئن شویم که بیشتر انرژی خورشیدی جمع‌آوری‌شده، در تولید هیدروژن استفاده می‌شود.

پایگاه‌های خورشیدی

مانند سایر طرح‌های پیشنهادی، سیستم ام‌آی‌تی نیز با یک منبع گرمای خورشیدی موجود مانند یک نیروگاه خورشیدی متمرکز همراه می‌شود. نیروگاه خورشیدی متمرکز، یک آرایه‌ دایره‌ای متشکل از صدها آینه است که نور خورشید را جمع‌آوری می‌کنند و به یک برج گیرنده مرکزی انعکاس می‌دهند. سپس یک سیستم هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی، گرما را جذب می‌کند و آن را برای شکاف آب و تولید هیدروژن راه‌ می‌اندازد. این فرآیند بسیار متفاوت با روش الکترولیز است که از الکتریسیته به جای گرما برای شکافت آب استفاده می‌کند.

در قلب سیستم مفهومی هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی، یک واکنش حرارتی دو مرحله‌ای صورت می‌گیرد. در مرحله اول، آب به صورت بخار در معرض فلز قرار می‌گیرد و این باعث می‌شود که فلز، اکسیژن را از بخار بگیرد و هیدروژن را پشت سر بگذارد. این فرآیند اکسیداسیون شبیه به زنگ زدن آهن در حضور آب است اما بسیار سریع‌تر اتفاق می‌افتد. پس از جدا شدن هیدروژن، فلز اکسیدشده یا زنگ زده دوباره در خلاء گرم می‌شود که فرآیند زنگ‌زدگی را معکوس می‌سازد و فلز را بازسازی می‌کند. با حذف اکسیژن، فلز را می‌توان خنک کرد و دوباره در معرض بخار قرار داد تا هیدروژن بیشتری را تولید کند. این فرآیند را می‌توان صدها بار تکرار کرد.

سیستم ام آی‌تی برای بهینه‌سازی این فرآیند طراحی شده است. این سیستم در کل شبیه به قطاری از رآکتورهای مشابه جعبه است که روی یک مسیر دایره‌ای کار می‌کنند. در عمل، این مسیر در اطراف یک منبع حرارتی خورشیدی مانند یک برج نیروگاه خورشیدی متمرکز تنظیم می‌شود. هر رآکتور قطار، فلزی را در خود جای می‌دهد که تحت فرآیند اکسایش-کاهش قرار می‌گیرد.

هر رآکتور ابتدا از یک پایگاه داغ عبور می‌کند و در آنجا تحت دمای ۱۵۰۰ درجه سلسیوس در معرض گرمای خورشید قرار می‌گیرد. این گرمای شدید به طور موثر اکسیژن را از فلز یک رآکتور بیرون می‌برد. سپس آن فلز در حالت کاهش قرار می‌گیرد تا برای جذب اکسیژن از بخار آماده شود. برای اینکه این اتفاق بیفتد، رآکتور به یک پایگاه خنک‌تر در دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سلسیوس منتقل می‌شود تا برای تولید هیدروژن در معرض بخار قرار بگیرد.

سایر مفاهیم مشابه هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی با یک مانع مشترک روبه‌رو شده‌اند و این پرسش پدید آمده است که با گرمای آزاد شده توسط رآکتور هنگام خنک شدن چه باید کرد. بدون بازیابی و استفاده مجدد از این گرما، راندمان سیستم بسیار کمتر از آن خواهد بود که عملی باشد.

چالش دوم مربوط به ایجاد یک محفظه خالی با انرژی کارآمد است که در آن می‌توان فلز را زنگ‌زدایی کرد. برخی از نمونه‌های اولیه با استفاده از پمپ‌های مکانیکی، خلاء را تولید می‌کنند اما پمپ‌ها برای تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ بیش از اندازه انرژی‌بر و پرهزینه هستند.

طراحی ام‌آی‌تی برای مقابله کردن با این چالش‌ها، چندین راه حل را برای صرفه‌جویی در انرژی در خود جای داده است. برای بازیابی بیشتر گرمایی که در غیر این صورت از سیستم خارج می‌شود، رآکتورهایی که در طرف مقابل مسیر دایره‌ای قرار دارند، مجاز به تبادل گرما از طریق تشعشعات حرارتی هستند. رآکتورهای داغ سرد می‌شوند و رآکتورهای سرد گرم می‌شوند. این کار به حفظ گرما در سیستم کمک می‌کند. همچنین، پژوهشگران یک مجموعه دیگر از رآکتورها را اضافه کردند که دور قطار اول می‌چرخند و در جهت مخالف حرکت می‌کنند. این قطار بیرونی از رآکتورها عموما در دماهای سردتر کار می‌کند و برای تخلیه اکسیژن از قطار داخلی گرم‌تر، بدون نیاز به پمپ‌های مکانیکی انرژی‌زا استفاده می‌شود.

پژوهشگران شبیه‌سازی‌های دقیقی را از طرح مفهومی انجام دادند و دریافتند که بازدهی تولید هیدروژن ترموشیمیایی خورشیدی را از هفت درصد به ۴۰ درصد افزایش می‌دهد.

گونیم گفت: ما باید به هر ذره انرژی در سیستم فکر کنیم و بدانیم چگونه از آن استفاده کنیم تا هزینه را به حداقل برسانیم. ما با این طراحی متوجه شدیم که همه چیز را می‌توان با گرمای حاصل از خورشید تامین کرد. این سیستم قادر است از ۴۰ درصد گرمای خورشید برای تولید هیدروژن استفاده کند.

«کریستوفر موهیچ»(Christopher Muhich) استادیار مهندسی شیمی «دانشگاه ایالتی آریزونا» که در این پژوهش مشارکت نداشت، گفت: اگر این امر محقق شود، می‌تواند آینده انرژی ما را به شدت تغییر دهد و امکان تولید هیدروژن را به صورت ۲۴ ساعته فراهم کند. توانایی ساخت هیدروژن، عامل اصلی تولید سوخت مایع از نور خورشید است.

این گروه پژوهشی قصد دارند در سال آینده، نمونه اولیه سیستمی را بسازند که در تاسیسات انرژی خورشیدی متمرکز در آزمایشگاه‌های وزارت انرژی آزمایش خواهد شد.

این پژوهش در «Solar Energy Journal» به چاپ رسید.

انتهای پیام

منبع: ایسنا

کلیدواژه: هيدروژن هیدروژن سبز دانشگاه ام ای تی سیزدهمین همایش ملی نخبگان جنایت نسل کشی در بیمارستان المعمدانی دانشگاه تهران هوش مصنوعی دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی دکتر روح الله دهقانی فیروزآبادی دیدار نخبگان با مقام معظم رهبری جنایت نسل کشی در بیمارستان المعمدانی دانشگاه تهران سیزدهمین همایش ملی نخبگان هوش مصنوعی تولید هیدروژن استفاده برای تولید هیدروژن خورشیدی متمرکز انرژی خورشیدی گرمای خورشید قرار می گیرد نور خورشید ام آی تی

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.isna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایسنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۸۹۰۹۳۲۰ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

وزیر صمت: شرکت‌های ارزآور در اولویت تامین ارز هستند

به گزارش خبرنگار اقتصادی خبرگزاری علم وفناوری آنا،عباس علی آبادی وزیر صنعت، معدن و تجارت امروز در نشست خبری با اشاره به برگزاری نمایشگاه ایران اکسپو، اظهار کرد: بیش از ۲۳۰۰ تاجر از ۱۰۰ کشور برای حضور در این نمایشگاه به ایران آمده‌اند. همه هدف از برگزاری این نمایشگاه نشان دادن توانایی‌های خودمان به دنیاست و از طرف دیگر می‌خواهیم نشان دهیم که به دنبال تعامل با دنیا هستیم. همچنین به کشورهایی کالا می‌فروشیم که از ما کالا بخرند؛ باید این توازن را برقرار کنیم. باید مقاصد صادراتی را اصلاح کنیم.

وی به شعار سال اشاره کرد و گفت: رهبری چندین سال است که شعار سال را با محوریت اقتصاد انتخاب می‌کنند که نشان می‌دهد تا چه اندازه اقتصاد مهم است. محوریت اصلی شعارهای اقتصادی نیز تولید بوده، امسال جهش تولید مزین به مشارکت مردم هم شده است.

علی آبادی با بیان اینکه برای حل مشکلات اقتصادی باید روی تولید تمرکز کنیم، افزود: ۵ سال است که شعار سال با محوریت تولید انتخاب شده که امسال این شعار همراه با مشارکت مردم مورد تاکید قرار گرفته است.

وزیر صمت با تاکید بر اینکه باید کم و کاستی‌ها را رفع کنیم، به برنامه‌های وزارت صمت اشاره کرد و ادامه داد: ما هر کاری هم کنیم باز کامل نیست زیرا جهش تولید نیازمند یک کار فوق‌العاده است. جلب مشارکت مردم هم بر اهمیت موضوع اضافه می‌کند.

شرکت‌های ارزآور در اولویت تأمین ارز هستند

علی آبادی اضافه کرد: یکی از برنامه‌های مهم در حوزه تأمین ارز است؛ به گونه‌ای که باید به پولی دست یابیم که با استفاده از آن بتوانیم نیازهای تولید را برطرف کنیم. بنابراین باید صادرات توسعه یابد تا این پول به دست آید.

وزیر صمت ادامه داد: در همین راستا، شرکت‌هایی در اولویت تأمین ارز هستند که ارزآورتر باشند و ارز را به داخل کشور برگردانند. این سیاست وزارت صمت مبنی بر اینکه اولویت تأمین ارز به شرکت‌هایی است که در ارزآوری موفق‌ترند و ارزبری کمتری دارند و کالا را با ریال تولید می‌کنند. از امکانات و ابزارهایی که در اختیار وزارت صمت است در موضوع تأمین ارز استفاده می‌کنیم.

وی گفت: همچنین تأمین مالی ریالی برای شرکت‌هایی در اولویت است که به تحقق شعار سال کمک کنند؛ یعنی شرکت‌هایی که هم ارزش افزوده بیشتری ایجاد و از محل منابع انسانی خلق ثروت می‌کنند و هم به دنبال توسعه، صادرات دانش‌بنیان هستند.

علی آبادی افزود: شرکت‌هایی که با کمترین ابزار بیشترین خلق ثروت را انجام می‌دهد بیشتر مورد حمایت خواهند بود، نه شرکت‌هایی که با استفاده از یارانه و… به دنبال صادرات باشند.

وزیر صمت به قاچاق کالاهای مشابه داخل اشاره کرد و گفت: امروز کالاهایی که داخل کشور تولید می‌شود با کیفیت بسیار پایین‌تر و بدون پرداخت حقوق و عوارض به صورت قاچاق وارد کشور می‌شود. متأسفانه تا امروز هم با بهانه‌های مختلفی همچون توجه به مرزنشینان به این موضوع دامن زده شده است.

وی در ادامه تاکید کرد: نباید هیچ خطایی داشته باشیم؛ متأسفانه در حال حاضر بسیاری از اخباری که منتشر می‌شود به نفع مردم نیست بلکه منافع بخشی از حوزه‌ها را تأمین می‌کند.

علی آبادی تصریح کرد: بنده در انتصاباتم جناحی فکر نمتولیدی‌کنم و اگر کسی توانمند باشد زیر پایش را جارو می‌کنم تا بتواند بدود. ما وقتی برای خطا نداریم و از افراد  بهره خواهیم برد.

تولید باید در اولویت تأمین انرژی باشد

وزیر صمت با اشاره به کسری انرژی گفت: قطعاً مردم حاضرند برای تسهیل تولید و برداشتن موانع تولید نسبت به صرفه‌جویی در مصرف انرژی همراهی کنند. هیچ راهی جز جهش در تولید نداریم در این صورت می‌توانیم رفاه اجتماعی را توسعه دهیم. باید اولویت انرژی و آب را به تولید دهیم؛ به عنوان نمونه بالای ۵۰ درصد از جی دی پی استان از محل صنعت است اما کمترین امکانات را به صنعت داده‌ایم. در بسیاری از استان‌ها هنوز هندوانه و خیار می‌کاریم در حالی که آب نداریم.

آفریقا اقیانوس فرصت هاست

وی در ادامه به بازار آفریقا اشاره کرد و با بیان اینکه ما آفریقا را برای آفریقا می‌خواهیم نه برای خودمان، گفت: آفریقا اقیانوس فرصت‌هاست. نرخ رشد در اجرا پروژه‌ها بیشتر از باقی کشورهاست بنابراین شرکت‌های فنی و مهندسی ایرانی می‌توانند در این قاره حضور یابند. همچنین در بخش کشاورزی و تکنولوژی در این حوزه نیز ظرفیت‌های زیادی در آفریقا برای شرکت‌های ایرانی وجود دارد.

علی آبادی افزود: نباید به آفریقا با نگاه غربی‌ها بنگریم. باید در آفریقا سرمایه گذاری کنیم که هم برای آن قاره و هم برای ایران ارزش افزوده دارد. می‌توانیم با این اقدامات در آفریقا اشتغال زایی هم کنیم که موجب می‌شود طرف آفریقایی به ما اعتماد کند و روابط دوستی پایدار بماند.

نمایشگاه‌هایی با موضوعات خاص برگزار خواهیم کرد

وزیر صمت در پاسخ به سوالی در مورد نمایشگاه ایران اکسپو گفت: نمایشگاه این دوره تمام نمی‌شود بلکه ادامه دارد و در آغاز راه هستیم. برگزاری این نمایشگاه شاید در یک زمان محدودی باشد اما جلسات ادامه دارد و تا پایان سال رویدادهایی را با موضوعات خاص همچون لوازم خانگی، معدن و… برگزار خواهیم کرد.

واحدهای تولیدی در حوزه انرژی خودتامین می‌شوند

وی در پاسخ به سوالی درباره رایزنی با وزارت نیرو برای تأمین انرژی واحدهای تولیدی به خصوص برای احیای واحدهای راکد تصریح کرد: ما نیازمند یک گفت‌وگوی ملی هستیم. به دلیل پایین بودن قیمت انرژی در ایران بهره‌وری بسیار پایین است و انرژی را اتلاف می‌کنیم.

علی آبادی ادامه داد: اولویت در تأمین انرژی برای واحدهایی است که با حداقل انرژی بیشترین بهره‌وری را دارند. با روش‌هایی غیر از روش‌های مالی به دنبال تحقق این هدف هستیم. پارسال تقریباً موفق بودیم یعنی با مصرف انرژی کمتر بهره‌وری بیشتری داشتیم و اگر شرکت‌ها در مصرف انرژی صرفه‌جویی داشته باشند، انرژی اضافه را به خود واحدها می‌دهیم.

وی با بیان اینکه در دولت برای تأمین انرژی واحدها در حال مذاکره هستیم، گفت: وزارت صمت به دنبال خودتامین کردن واحدهاست؛ به عنوان نمونه فولاد مبارکه دو واحد برای تأمین انرژی خود احداث کرده است. به صورت کلی در شهرک‌ها، واحدهای انرژی تأسیس خواهیم کرد.

وزیر صمت ادامه داد: صرفه‌جویی و حداکثر کردن بهره‌وری و احداث نیروگاه‌های خودتامین در واحدها دو برنامه اصلی ماست و ظرفیت بیشتری هم اختصاص خواهیم داد. امسال نسبت به گذشته عملکرد بهتری خواهیم داشت.

علی‌آبادی در پاسخ به سوالی درباره رفع مشکلات نقل و انتقال پول گفت: هدف تحریم تاکنون همین بوده که برای مراودات مالی مانع ایجاد کنند. مرادات مالی در تجارت مانند جریان خون است و تحریم‌کنندگان به دنبال مسدود کردن این جریان هستند.

وی افزود: ما به دنبال تجارت سودمند با همه کشورها هستم. همه کشورها علاقه دارند با ما کار کنند. تحریم باعث شده دنیا از ظرفیت‌های یک ملت بزرگ محروم بماند. در این رابطه به دنبال تجارت با ارزهای محلی هستیم؛ در واقع باید نیازهای یک کشور را با ارز خودمان تأمین کنیم و با کالای مورد نیاز خود تبادل کنیم. تاکنون هم موفق شده ایم در این مسیر به توفیقاتی دست یابیم.

انتهای پیام/