برسی عنصر هیدروژن

دید کلی

اتم هیدروژن ساده‌ترین اتمها می‌باشد، و همین امر سبب می‌شود که هرگاه مطالعه‌ای در مورد ساختار اتمها انجام شود، ابتدا این مطالعه در مورد اتم هیدروژن شروع می‌شود. بعد از اینکه نتیجه گیریها در مورد اتم هیدروژن با نتایج تجربی و عملی موجود موافق بود، یعنی صحت و درستی تئوری یا نظریه در مورد اتم هیدروژن از نظر تجربی تأیید گردید، مطالعه را به اتمهای دیگر تعمیم می‌دهند. به عنوان مثال کوانتش ترازهای انرژی ، اولین بار در مورد اتم هیدروژن به اثبات رسید، سپس در مورد اتمها دیگر نیز مطالعه شد.

مشخصات اتم هیدروژن

ساختمان اتم هیدروژن از یک هسته و یک الکترون تشکیل شده است. معلوم شده است که قطر اتم هیدروژن تقریبا یک آنگسترم است و الکترون در این اتم با انرژی 13.6 الکترون ولت (هر الکترون ولت معادل 1.6x10^-19 ژول است) به هسته مقید است.

ایزوتوپهای هیدروژن

·         هیدروژن با عدد اتمی یک وعدد جرمی یک ، یکی از ایزوتوپهای اتم هیدروژن است. این نوع ایزوتوپ فاقد نوترون است.

·         دوتریم با فرمول شیمیایی ²₁H که عدد اتمی آن یک بوده و عدد جرمی‌اش برابر 2 است. این ایزوتوپ دارای یک نوترون است. این نوع هیدروژن را هیدروژن سنگین نیز می‌گویند.

دیدگاه کوانتومی اتم هیدروژن

از آنجا که اتم هیدروژن ساده‌ترین اتمهاست، بنابراین ابتدا معادله شرویدینگر در مورد اتم هیدروژن حل می‌شود. سپس این نتایج با تغییراتی در معادله شرودینگر در مورد عناصر دیگر تعمیم داده می‌شود. بر اساس جوابهای معادله شرودینگر ترازهای انرژی اتم هیدروژن حاصل می‌شوند. به هر تراز اتمی یک عدد کوانتمی اصلی که با n نشان داده می‌شود، تعریف می‌کنند، در حالت پایه الکترون اتم هیدروژن در تراز n = 1 قرار دارد. اگر هیدروژن بوسیله عواملی مانند میدان خارجی تحریک شود، در این صورت الکترون تحریک شده و به تراز بالاتر می‌رود که در اینحالت اصطلاحا گفته می‌شود که اتم هیدروژن برانگیخته شده است.

از آنجا که حالت برانگیخته حالت پایداری نیست، لذا الکترون از قوسی به تراز اولیه بر می‌گردد. اختلاف انرژی این دو تراز توسط اتم به صورت تابش الکترومغناطیسی ، گسیل می‌گردد. بر اساس اینکه تعداد انرژی الکترون برانگیخته و یا اختلاف انرژی دو تراز پایه و برانگیخته چقدر باشد، طول موج تابش الکترومغناطیسی حاصل متفاوت خواهد بود. به این ترتیب طیفی حاصل می‌گردد که به طیف اتم هیدروژن معروف است.

هیدروژن چطور ساخته می شود؟

از آنجا كه هیدروژن گازی در زمین وجود ندارد، ما باید آن را بسازیم. با جدا كردن هیدروژن از آب، تراكم زیست یا گاز طبیعی از منابع محلی هیدروژن می سازیم. دانشمندان حتی كشف كرده اند كه بعضی جلبكها و باكتریها هیدروژن تولید می كنند. تولید هیدروژن در حال حاضر بسیار گران است؛ اما فنون جدیدی برای این كار در حال توسعه است. هیدروژن را می توان برای خدمات رفاهی مركزی بزرگ یا دستگاههای كوچك با كاربرد محلی تولید کرد. از این رو، انعطاف پذیری هیدروژن یكی از امتیازات عمده آن است .

كاربردهای هیدروژن:

هیدروژن در صنعت به مصرف پالایش و پرداخت فلزات و فراوری غذاها می رسد.NASA اولین كاربر هیدروژن به عنوان ناقل انرژی است كه هیدروژن را برای سالها در برنامه فضایی مورد استفاده قرار داد. تنها محصول فرعی در چنین فرایندهایی آب است كه خدمه موشك از آن برای نوشیدن استفاده می كند. سلولهای سوختی هیدروژن یا باتریهای هیدروژنی برق تولید می كند. آنها كارایی بسیاری دارند، اما ساخت آنها گران است. سلولهای سوختی كوچك می توانند برق مناطق دوردست را تأمین كند.

هیدروژن به عنوان سوخت:

دستگاههای نیروی هیدروژنی برای مدتی ساخته نخواهند شد؛ زیرا هزینه زیادی به همراه دارد. هیدروژن ممكن است بزودی به گاز طبیعی اضافه شود تا از آلودگی دستگاههای موجود بكاهد. هیدروژن بزودی به گازوئیل اضافه خواهد شد تا آلودگی را كاهش دهد و كارایی را زیاد كند. اضافه كردن تنها 5% هیدروژن به گازوئیل ممکن است به میزان درخور توجهی اكسید نیتروژن را (كه در آلودگی لایه اوزن بسیار مؤثر است) كاهش دهد.
موتوری كه هیدروژن خالص می سوزاند تقریباً هیچ آلودگی ندارد. شاید حدود 10 تا 20 سال به استفاده از خودرو شخصی مصرف كننده هیدروژن باقی مانده است.

آینده هیدروژن:

قبل از اینكه هیدروژن به عنوان سوختی مهم شناخته شود، باید سامانه های جدید زیادی ساخت. ما به سامانه هایی نیاز خواهیم داشت كه هیدروژن بسازند ذخیره كنتور انتقال دهند. ما به خطوط لوله و سلول سوختی اقتصادی نیاز خواهیم داشت و مصرف كنندگان به فناوری و آموزش استفاده از آن نیاز خواهند داشت.

استفاده از سوخت هیدروژن در وسایل نقلیه و تولید برق افزایش می یابد:

واشنگتن – هیدروژن به عنوان منبع سوخت و انرژی– بیشترین عنصری که در کره زمین یافت می شود– آغاز به حرکت از مباحث علمی تخیلی و تحقیقات پایه به دنیای کارگاه ها، فرودگاه ها، برج های تلفن همراه و بزرگراه ها نموده است.

هیدروژن از با قابلیت ترین منابع انرژی تجدید شونده است – یک سوخت جهانی که می تواند در یک وسیله نقلیه بسوزد و یا در سیستم سلول سوخت ساختمان و منازل، مجتمع های تولید برق و هر چیز دیگری که برق مصرف میکنند،تلفیق.گردد .

کارآئی سوخت هیدروژن، هنگامی که در یک موتور می سوزد، 30 درصد بیشتر از سوخت بنزین است. وقتی سلول سوخت برای تولید نیرو در یک وسیله نقلیه به کار می رود، سلول سوخت 200-100 در صد بیش از بنزین کارآئی دارد. موتورهائی که با سوخت هیدروژن کار می کنند، گاز کربن دو اکسید متصاعد نمی کنند و آب پاکیزه تنها تولید جانبی سلول های سوختی است                               .

در یک سلول سوخت، هیدروژن به جای آنکه سوخت باشد یک حامل انرژی است. حامل انرژی یک ماده و یا سیستمی است که انرژی را به شکل قابل استفاده از یک مکان به مکانی دیگر حرکت می دهد. برق، یکی از بهترین حامل های انرژی شناخته شده است که انرژی ذخیره شده در زغال سنگ، اورانیم و دیگر منابع را به نیروگاه ها منتقل می کند و از آنجا نیروی تبدیل شده به منازل و واحدهای فعالیتی انتقال می یابد.

پاتریک سرفاس ، رئیس سازمان ملی هیدروژن به America.gov گفت: "هیدروژن توانايی بخش بسیار عالی ای برای فن آوری های انرژی تجدید شونده است. این ماده می تواند با فن آوری های سوخت فسیلی، هسته ای، اتانول و مواد حیاتی– که تماماً سوخت های جایگزین به شمار می آیند، کار کند و به خوبی در فن آوری وسایل نقلیه ترکیبی و با باطری ها و سیستم برقی به.کار.گرفته.شود ."

سلول های سوخت می توانند به عنوان مثال، برای ترکیب طبیعت متناوب نیروی انرژی حاصل از باد و خورشید به کار روند و طول عمر متوسط باطری ماشین های برقی را افزایش دهند.


چالش و پیشرفت                

هیدروژن به میزان فراوان در کره زمین یافت می شود ولی فقط به شکل ترکیبی با دیگر عناصر – دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن ترکیب می شود و آب تشکیل می هد (H2O) و هیدروژن در ترکیب با کربن (هیدروکربن) ترکیباتی مانند متان، ذغال سنگ و نفت را به وجود می آورد. محققان در سرتاسر جهان در حال بررسی موانع فن آوری استفاده از این انرژی و دیگر انرژی ها می باشند .

جورج سوردراپ ، محقق دولتی و از مقامات وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) به America.gov گفت: "سه چالش عمده در مسیر تولید هیدروژن وجود دارد. اول آنکه چگونه هیدروژنی با هزینه 3 - 2 دلار برای تولید هیدروژن معادل هر گالن بنزین تولید شود؛ مورد دوم ذخیره سازی آن است. چگونه میزان کافی هیدروژن در داخل وسیله نقلیه نگهداری کنیم که بتواند به صورت اقتصادی تا 300 مایل (483 کیلومتر) حرکت نماید؛ و سوم درمورد سلول های سوخت است، که چگونه آنها را به سطحی برسانیم تا به لحاظ هزینه، قابل رقابت با موتورهای بنزینی و قابل دوام باشد." سوردراپ مدیر فن آوری برنامه فن آوری هیدروژن، سلول های سوخت و زیربناها در آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید شونده (NREL) وزارت انرژی ایالات متحده است.

هیدروژن می تواند به صورت شیمیائی از سوخت فسیلی هیدروکربن و یا از یک سری منابع تجدید شونده تولید شود. اما برق حاصل از هیدروژن سوخت فسیلی قابل تجدید نیست و گازهای مضر گلخانه ای تولید می کند.

در NREL، تمرکز فعالیت گروه هیدروژن بر تولید آن از منابع انرژی تجدید شونده و نحوه انتقال آن، ذخیره هیدروژن، سلول های سوخت و فن آوری معتبر (سیستم های اقتصادی آزمایش)، ایمنی، استانداردها و دستورالعمل ها، و تجزیه و تحلیل ها می باشد.

برای مثال، در روندی به نام الکترولیز (عبور جریان برق از آب به منظور شکستن و جدا کردن اتم های هیدروژن و اکسیژن از یکدیگر)، محققان NREL در حال کار بر روی تولید هیدروژن از آب با استفاده از نور خورشید، مواد حیاتی، باد و منابع زنده مانند جلبک ها و باکتری ها هستند.

انبار نمودن هیدروژن از مهمترین موانع تجاری شدن می باشد و NREL یکی از سه مراکز برجسته ملی در ایالات متحده است که بر روی مسائل مرتبط با این موضوع، با استفاده از نگرش های متفاوت کار می کند.

سوردراپ گفت: "هیدروژن به عنوان عنصری از سوخت ترکیبی برای انرژی پایدار در آینده، دارای قابلیت عظیمی است. هنوز نیز موانعی وجود دارد که باید بر طرف شود، اما ما محققان و مهندسان خوبی در ایالات متحده داریم و ما در حال کار کردن بر روی این مسائل هستیم ."

در جاده                       

صدها ماشین با سوخت هیدروژنی در جاده در سرسر دنیا در حال حرکت می باشند و حد اقل سه کارخانه – BMW، هوندا و جنرال موتورز— اولین وسیله نقلیه با سوخت هیدروژنی خود را به بازار عرضه کرده اند. سازندگان وسایل نقلیه، ماشین های با سوخت هیدروژنی را، برای آزمایش بیشتر در ضمن رانندگی، در اختیار مصرف کنندگان قرار می دهند. ماشین ها دارای موتورهای هیدروژنی می باشند و یا با سلول سوختی حرکت می کنند.

بنا بر اطلاعات DOE، هزینه سلول سوختی در اتومبیل ها از 275 دلار در هر کیلووات ساعت در سال 2002 به 95 دلار در هر کیلووات ساعت در سال 2008 کاهش یافته و پیش بینی می شود تا 60 دلار در سال 2009 تقلیل یابد. هدف رسیدن به 30 دلار در سال 2015 است. سرفاس بیان داشت که هزینه برآورد شده برای یک موتور بنزینی در حدود 50 دلار در هر کیلووات ساعت است .

ماشین هیدروژن7 از شرکت BMW، اولین ماشین تولید شده با کیفیت و با سوخت هیدروژنی در دنیا است و شرکت هوندا در این تابستان ماشین های کلاریتی FCX سدان با سلول سوخت هیدروژنی خود را به تعداد معدودی از رانندگان در کالیفرنیای جنوبی – به صورت سه ساله و ماهیانه 600 دلار – در منطقه ای که ایستگاه های عرضه سوخت هیدروژن فعالند و تسهیلات تعمیر و نگهداری ماشین وجود دارد، به عنوان اجاره واگذار کرده اند.

در ایالات متحده، برنامه ملی نمایش آموزشی سوخت هیدروژن وابسته به DOE، که داری 70 ماشین هیدروژنی است، یک برنامه مشارکتی بین دولت و صنایع است که برای آزمایش، نمایش و تائید نمودن ماشین های با سلول سوخت هیدروژنی و ایستگاه های عرضه سوخت می باشد.

سرفاس اظهار داشت، بسیاری از کشورها از جمله ایالات متحده، کانادا و کشورهائی در آسیا و اروپا دارای برنامه های قوی برای تولید ماشین های با سوخت هیدروژن هستند.

وی افزود وزارت انرژی، سازندگان ماشین و سازمان ملی هیدروژن می گویند که مصرف کنندگان باید منتظر باشند که ماشین های هیدروژنی را در نمایشگاه اتومبیل سال 2020 ببینند، "هرچند حداقل چندین تولید کننده ماشین می گویند که ماشین های با سوخت هیدروژنی آنان برای اوایل سال 2012 آماده خواهد بود."

درخواست های موجود و رو به رشد برای سلول های سوختی که هم اکنون در برخی از بازارها با قیمت های ارزان عرضه می شود، برای استفاده در نیروی پشتیبانی اضطراری برای برج های تلفن همراه و تسهیلات اضطراری، بالابرها و یا کامیون های مخصوص حمل مواد، تمامی وسایل نقلیه فرودگاه ها، و سیستم های تزریق هیدروژن برای کامیون ها وجود دارد که می تواند 10 درصد هزینه سوخت را صرفه جوئی نماید.

اطلاعاتی در مورد سوخت هیدروژن:

امروزه گاز هيدروژن براي استفاده در موتورهاي احتراقي و وسايل نقليه الكتريكي باتري‌دار مورد بررسي قرار گرفته است. هيدروژن در دما و فشار طبيعي، يك گاز است و به اين علت، انتقال و ذخيره آن از سوخت هاي مايع ديگر، دشوارتر است. سامانه ‌هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافته‌اند، عبارتند از: هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي مثال، هيدريد فلزات). با اين كه تاكنون هيچ سامانه حمل و نقل و توزيع مناسبي براي هيدروژن وجود نداشته، اما توانايي توليد اين سوخت از مجموعه متنوعي از منابع و خصوصيت پاك سوز بودن آن، هيدروژن را به سوخت جانشين مناسبي تبديل كرده است. هيدروژن يکي از ساده‌ترين و سبك‌ترين سوخت هاي گازي است که در فشار اتمسفري و دماي جوي حالت گاز دارد. سوخت هيدروژن همان گاز خالص هيدروژن نيست، بلكه مقدار كمي اكسيژن و ديگر مواد را نيز با خود دارد. منابع توليد سوخت هيدروژن شامل گاز طبيعي ، زغال سنگ ، بنزين و الكل متيليك هستند. فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد هيدروژن هستند. در صنعت و آزمايشگاه هاي شيمي، توليد هيدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدني است: 1- الكتروليز 2- توليد گاز مصنوعي از بازسازي بخار يا اكسيداسيون ناقص در روش الكتروليز با استفاده از انرژي الكتريكي، مولكول‌هاي آب به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي‌شوند. انرژي الكتريكي را مي‌توان از هر منبع توليد الكتريسيته كه شامل سوخت هاي تجديد پذير نيز مي‌شوند، به دست آورد. وزارت نيروي آمريكا به اين نتيجه رسيده است كه استفاده از روش الكتروليز براي توليد مقادير زياد هيدروژن در آينده مناسب نخواهد بود. روش ديگر براي توليد گاز مصنوعي، بازسازي بخار گاز طبيعي است. در اين روش، مي‌توان از هيدروكربن‌هاي ديگر نيز به عنوان ذخاير تامين مواد استفاده كرد. براي نمونه، مي‌توان زغال سنگ و ديگر مواد آلي (بيوماس) را به حالت گازي درآورد و آن را در فرآيند بازسازي بخار براي توليد هيدروژن به كار برد. از طرفي چون هيدروکربن هاي فسيلي محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است ديد خود را به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطوف کنيم. گاز هيدروژن مي تواند هم از منابع اوليه تجديد پذير و هم از منابع تجديد ناپذير توليد شود. امروزه توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد پذير به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را مي پيمايد. اين در حالي است که توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد ناپذير به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين منابع روز به روز کاهش مي يابد. گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمرها روي بيوماس، توليد مي‌شود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. در روند توليد گاز هيدروژن، باکتري هاي بي هوازي با استفاده از پديده تخمير، مواد آلي و آب را به گاز هيدروژن تبديل مي کنند. براي توليد هيدروژن به وسيله باکتري ها دو نوع تخمير وجود دارد: يک نوع تخمير نوري است که در آن به منبع نور نياز است و نوع ديگر، تخمير در تاريکي است که نيازي به نور ندارد. در اين واکنش ها منابع کربني زيادي استفاده مي شود که همگي از بيوماس تامين مي شوند. در طبيعت ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روش هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و بي هوازي در کنار هم است. در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و PH پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز هيدروژن بالا مي رود. تحقيق و توسعه وزارت نيروي آمريكا براي توسعه استفاده از هيدروژن دو برنامه اصلي را دنبال مي‌كند که يکي برنامه هيدروژن وزارت نيرو و ديگري شبكه اطلاعاتي تكنولوژي‌هاي هيدروژن است. هيدروژن، سومين انرژي فراوان بر روي سطح زمين است. همان طور كه به صورت ابتدايي در آب و تركيبات آلي يافت مي شود. هيدروژن از هيدروكربن ها يا آب به دست مي آيد و هنگامي كه به عنوان سوخت مصرف مي شود، يا براي توليد الكتريسيته از آن استفاده مي شود و يا با تركيب مجدد با اكسيژن توليد آب مي كند. از اين رو و با توجه به قابليت بالاي توليد انرژي در اين سوخت اخيراً تلاش هاي زيادي براي جانشين کردن اين سوخت صورت مي گيرد. مسائل ايمني هيدروژن از ديدگاه ايمني نيز مطمئن و مطلوب است و براي حمل ونقل ، نگهداري و استفاده، خطرناك تر از سوخت هاي رايج ديگر نيست. به هر صورت مسائل ايمني همچنان به عنوان يكي از اساسي‌ترين مقوله ها در استفاده از انرژي هيدروژن باقي مي ماند.استانداردهاي متداول دنيا امنيت استفاده از آن را با سختگيري در طراحي‌ و انجام آزمايش هاي متعدد فراهم مي آورد. همچنين در حوزة نگهداري و حمل آن، استانداردهاي بسياري براي تمام تجهيزات مرتبط تدوين شده است. اقتصاد هيدروژن براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفه‌ترين راه انتقال سوخت‌هاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت مي‌گيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد. ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار مي‌دهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و دردسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.

چشم انداز سیستم انرژی هیدروژنی در جایگزینی سوخت های فسیلی:

سيستم انرژي هيدروژني

محدوديتها و مضرات و مسائل منابع انرژي فسيلي و غير فسيلي، نياز روز افزون به استفاده از يك سيستم انرژي واسطه را شدت بخشيده است.  اين سيستم انرژي نه تنها بايد معايب و مشكلات منابع انرژي فسيلي و غير فسيلي را نداشته باشد، بلكه لازم است جاذبه هاي ارزشمندي در رفع احتياجات بشر از خود بروز دهد :  قابل حمل و نقل و نگهداري و ذخيره باشد، آلودگي زا نباشد، قابل تجديد باشد، تهيه آن به صرفه باشد، به منابع انرژي اوليه غير فسيلي كه با زمان و مكان تغيير مي كند وابسته نباشد تا دست نخورده باقي بماند و . . . .   تمام سوختهاي مصنوعي نظير هيدورژن، متان، متانول، آمونياك، هيدرازين مدعي جايگزيني هستند، اما در اين ميان هيدروژن بهتر و بيشتر از بقيه، نيازهاي فوق را برآورده مي سازد. 

در زمينه سيستم انرژي هيدورژني، بيشترين تحقيقات بر روي راههاي موثر تهيه و توليد اقتصادي هيدروژن متمركز شده است.  هيدروژن را مي توان از طريق تبديل كاتاليزوري هيدروكربورها، الكتروليز آب، روشهاي الكتروليتي، حرارتي، حرارتي – شيميايي، فتوليتي يا تركيبي از اينها بدست آورد.

  روشهاي نگهداري و ذخيره هيدروژن

هيدروژن را بعد از توليد بايد انبار كرد.  براي ذخيره سازي هيدورژن در مقياس كوچك دو راه عمده وجود دارد:

الف – ذخيره سازي به صورت هيدروهاي فلزي

ب – ذخيره سازي به صورت مايع و گاز تحت فشار

روش توصيه شده براي نگهداري هيدروژن در مقياس كوچك - مثل خانه هاي شخصي - كه در آن با استفاده از انرژي خورشيد يا باد، هيدروژن توليد مي شود، ذخيره هيدروژن در فلزات يا آلياژهاي هيدروري است. در اثر واكنش هيدروژن با يك فلز يا آلياژ، هيدرو تشكيل مي شود.  اين واكنش گرمازاست.  به عكس، فرآيند دفع گرما گير است، يعني براي آزاد شدن هيدرون از هيدرور بايد به آن حرارت داد.  اگر فشار هيدروژن ثابت بماند هيدرور مجددا" مي تواند با كم شدن درجه حرارت، شارژ (جذب) شود.  براي يك فلز يا آلياژ مشخص، فشار تجزيه تابعي از درجه حرارت است.

 فرآيند جذب  : M + xH₂      =     MH_2x+ گرما

فرآيند دفع  : MH_2x + گرما      =      M + xH₂

M  نشان دهنده مواد هيدروري  (فلز يا آلياژ) است.  سرعت اين واكنشها با افزايش سطح تماس افزايش مي يابد.  بنابراين عمدتا" از مواد هيدروري به شكل پودري و دانه أي جهت تسريع واكنش استفاده مي شود.  با استفاده از خواص اين مواد هيدروژني مي توان هيدروژن را در يك تانك نگهدارنده در خانه ها ذخيره كرد.  امروزه رايج ترين هيدرورها در فشار يك اتمسفر و دماي محيط CaNi5, FeTi  و LaNi5    هستند.

 نگهداري هيدروژن به صورت گاز فشرده نيز يك راه عملي در ذخيره هيدروژن است.  هيدروژن به صورت تجاري در سيلندر هايي با قطر 22 سانتي متر و طول 3/1 متر، محتوي 472/0 كيلوگرم گاز كه تحت فشار psi 2265 قراردارد نگهداري وتوزيع مي شود. وزن خالي سيلندر 54 كيلوگرم است.  معادل 25 عدد از اين سيلندرها لازم است تا سوخت مورد نياز حركت يك اتومبيل در مسافت 500 كيلومتر را فراهم كند.        

وزن زياد هيدروژن در دو حالت هيدرور و تحت فشار باعث شده تا روش مايع كردن هيدروژن در جهت استفاده در وسايل نقليه و كاربردهاي ديگر ترجيح يابد.  تكنولوژي مايع سازي هيدروژن بخوبي پيش رفته است.  ظروف و مخازن نگهداري هيدروژن مايع بايد به نحوي باشد كه از نشت آن جلوگيري به عمل آورد، گو اينكه سبكي و سرعت نفوذ بالاي هيدروژن، به هر حال باعث نشت مقداري از آن مي شود.   مهم آن است كه اين مقدار از نقطه نظر اقتصادي قابل قبول باشد.  ذكر اين نكته بجاست كه در صورت استفاده از هيدروژن مايع در وسايل نقليه، نشت آن در محيطهاي سربسته مثل گاراژ، در زمانهاي طولاني، خطر انفجار را به همراه دارد.  تحقيقات انجام يافته، عبور گاز از يك محفظه كاتاليزور اكسيدان يا يك بستر هيدروژني را براي حل اين مشكل مطرح ساخته است.

 چگالي كم هيدروژن مايع ايجاب مي كند كه در شرايط مساوي، به حجم اين سوخت 5/3 برابر بنزين باشد، گر چه مجموع وزن سوخت و مخزن براي حركت يك اتومبيل در محدوده 500 كيلومتر براي بنزين و هيدروژن مايع يكسان است.  هيدروژن مايع، به ويژه در موتورهاي جت و موشكهاي فضايي بسيار كاربرد دارد.  سازمان فضايي امريكا ( ناسا ) بزرگترين مصرف كننده هيدروژن در جهان است.

 استفاده از سيستم انرژي هيدروژني در مصارف بشري

كاربرد سيستم انرژي هيدروژني در بسياري از مصارف زندگي روزمره شهري توسعه يافته است، از حمل و نقل و سرما سازي براي نگهداري مواد غذايي تا روشنايي و برق و پخت و پز و تهويه مطبوع و . . . هيدروژن مناسب ترين سوخت براي توليد الكتريسيته است.  هيدروژن مي تواند با بازدهي بيشتري نسبت به بقيه سوختها در باطريهاي سوخت، كه در معرض محدوديتهاي سيكل كارنو نيستند، به الكتريسيته تبديل شود.  امروزه باطريهاي خانگي با قدرت KW 40 و بازده 80 درصد مورد مصرف قرار گرفته است.  يك باطري سوخت قادر است كليه نيازهاي برقي خانه را تامين نمايد، در نتيجه به سيستمهاي پيچيده و گران و سنگين حمل و توزيع الكتريسته احتياجي نيست.  با توليد الكتريسيته از باطريهاي سوخت يا طرحهاي ديگر، مي توان از آن در گرم كردن گرمكنهاي مقاومتي برقي و سرد كردن سيستمهاي معمولي تصفيه هوا و گرم و سرد كردن سيستمهاي تهويه مطبوع بهره جست.

 استفاده از سيستم انرژي هيدروژني در وسايل نقليه :

هيدروژن يك سوخت تميز و كارآ براي تهيه نيروي مكانيكي از موتورهاي درون سوز به شمار   مي آيد.  تحقيقات بسياري در مورد استفاده از موتورهاي درون سوز با سوخت هيدروژن در ماشينها، اتوبوسها، تراكتورها و . . . صورت گرفته است. در اين تحقيقات روشهاي مختلف نگهداري هيدروژن نظير گاز تحت فشار، هيدروژن مايع و هيدرورهاي فلزي مورد توجه واقع شده است.  اما نبايد فراموش كرد كه در جانشين سازي هيدروژن بجاري بنزين يا سوخت ديزلي در خودروها، تراكتورها يا هواپيماها مسايل مختلفي را بايد مورد نظر قرار داد.  با توجه به اينكه هيدروژن مي تواند در شرايط مخلوط فقير سوخت – هوا  بخوبي مخلوط غني بسوزد، در اتومبيل راني شهري كه توقف و حركت زياد است، در مقايسه با سوختهاي فسيلي كه تنها مي تواند در مخلوط غني بسوزد، برتر مي نمايد،  شكل 5 يك خودرو سواري با سوخت مايع و سيستم نگهداري هيدروژن آن را نشان مي دهد. در شكل 6 نيز يك ميني بوس با سيستم ذخيره      هيدرو فلزي نشان داده شده است.  هيدروژن، به عنوان سوخت در سه محفظه مجزاي هيدروفلزي ذخيره مي شود :

1 – محفظه نگهدارنده هيدرور در دماي بالا( مثل Mg ‌ ).  حرارت واكنش به وسيله گازهاي خروجي فراهم مي شود و نيز حرارت لازم براي تهويه مطبوع را تامين مي كند.

2 – محفظه نگهدارنده هيدرور در دماي پايين ( مثل FeTiMn ).  حرارت واكنش ازگازهاي خروجي تامين مي شود كه ممكن است تا زير دمايي كه براي تقطير آب مورد نياز است سرد شود.  حرارت واكنش از موتور آب سرد كن  تامين  مي شود و قدرت خنك كنندگي جهت تهويه هوا فراهم مي آيد.

3 – محفظه نگهدارنده هيدرو در دماي پايين ( مثل FeTiMn  ). 

بسترهاي FeTiMn  در تانكهاي 2 و 3 هيدروژن را در فشار يك اتمسفر و دماي محيط فراهم    مي آورند و تانك 1 كه از Mg يا Mg – Mg₂ Ni  پر شده، به عنوان ماده نگهدارنده هيدروژن عمل مي كند و به وسيله گاز خروجي تا 300⁰ C  گرم مي شود.  مزاياي استفاده از MgNiH₄  و FeTiH₄  در خودروها به عنوان ماده هيدروژني در پژوهشهاي اخير آمده است.

براي توليد هيدروژن از Mg₂NiH₄  و FeTiH₄  در فشار يك اتمسفر به ترتيب نياز به دماهاي بالاتر از 100⁰C  و 0⁰ C است.  دماي تجزيه هيدرور Fe-Ti كمتر است و لذا بكارگيري گازهاي خروجي موتور را براي آزاد سازي هيدروژن از هيدرور آسان مي سازد.  شكل 7 يك تراكتور را كه با سوخت هيدروژني حركت مي كند به همراه طرح سيستم هيدروژن آن نشان مي دهد.

 مزاياي استفاده از سوخت هيدروژني

چشم انداز استفاده از سوخت هيدروژني بجاي سوخت فسيلي در امور حمل و نقل را دو عامل تعيين مي كند:

1 – برتري نسبي خواص هيدروژن در مقايسه با سوختهاي فسيلي

2 – تلاش و تحقيق روز افزون براي رفع معايب و مسايل سيستم انرژي هيدروژني

وزن هيدروژن در مقايسه با سوختهاي فسيلي –  براي بدست آوردن مقدار معيني انرژي - تقريبا يك سوم اما حجيم تر است.  براي يك مقدار معين انرژي، هيدروژن در شكل مايع، 8/3 برابر بنزين و در حالت گازي 6/3 برابر گاز طبيعي، حجم اشغال مي كند.  گرچه در عمل اين اضافه حجم 25-20 درصد كمتر است، زيرا هيدروژن بسيار مؤثرتر از سوختهاي فسيلي به ساير اشكال انرژي مصرفي تبديل مي شود.  سرعت زياد شعله و محدوده وسيع احتراق، آن را سوخت مناسبي براي موتورهاي درون سوز، توربينهاي گازي و موتورهاي جت مي سازد.  هيدروژن در موتورهاي درون سوز با بازدهي 20-12 در صد بيش از سوختهاي فسيلي مي تواند به انرژي مكانيكي تبديل شود.  علاوه بر آن، سبكي بيشتر هيدروژن نسبت به سوخت جت – بخصوص هيدروژن مايع نسبت به واحد وزن، در مقايسه با سوخت جت – همراه با محتواي انرژي بيشتري است و همين مسآله به هنگام استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت در هواپيما، وزن نشستن هواپيما و در نتيجه مصرف سوخت را كاهش مي دهد و براي هواپيماهاي مسافربري برتري دارد.  از پژوهشها برمي آيد كه استفاده از هيدروژن مايع در موتور هواپيماهاي مسافربري معمولي، 19 درصد مصرف انرژي را نسبت به سوخت جت با پايه فسيلي كاهش مي دهد.  در هواپيماهاي مافوق صوت، اين برتري به 38 درصد و در خودروهاي درون سوز به 60-20 درصد مي رسد.

 در تبديل سوختها به انرژي حرارتي در بعضي مصارف صنعتي، تجاري يا خانگي، بازده هيدروژن بيش از ساير سوختهاست.  جدول 1 به صورت مقايسه اي اين مزايا را ارايه داده است.  ملاحظه مي شود كه 736 واحد انرژي هيدروژني كافي است تا كار 1000 واحد انرژي سوخت فسيلي انجام گيرد.  به عبارت ديگر اگر كاربرد تمامي موارد مطرح باشد، هيدروژن 20درصد بيش از سوختهاي فسيلي مؤثر است.

از لحاظ مسايل ايمني و آلودگي نيز، هيدروژن يكي از تميزترين و ايمن ترين سوختهاست.  موتورهاي با سوخت هيدروژن به طرحهاي مربوط به كنترل آلودگي نياز ندارند چرا كه محصول احتراق آنها بخار آب است كه خطري براي لايه ازن ندارد. در مقابل، از نقايص عمده سوختهاي فسيلي، آلودگي زايي محصولات احتراق آنهاست. در حاليكه محصول احتراق هيدروژن ( بخار آب ) سمي و آلودگي زا نيست.  تنفس آن نيز ضرري ندارد و همين مسآله استفاده از آن را در مصارف خانگي مناسب مي سازد.  از لحاظ ايمني نيز آتش هيدروژن خطر كمتري از آتش سوختهاي فسيلي دارد، چرا كه درخشش شعله و تشعشع حرارتي آن كمتر است.

در مورد هيدروژن تنها يك مسآله وجود دارد.  هيدروژن سبك ترين عناصر است و بهمين دليل بسيار ساده تر و سريعتر از بنزين و گاز طبيعي نشت ميكند، گرچه پيشرفت دانش فني در زمينه سيستم انرژي هيدروژني روز به روز بشر را به احاطه كامل بر اين سيستم نو رهنمون مي شود.

دور نماي اقتصادي هيدروژن

انسان در گذر زمان دوره های متفاوتی را از لحاظ تاریخی ، اقتصادی ، اجتماعی گذرانیده است . دوران کشاورزی ، صنعت کامپیوتر ، فضا و ... دوره آینده را به چه نام می توان نام گذاری کرد؟ گزاف نخواهد بود که از دوره آینده به عصر هیدروژن نام ببریم . یک حامل انرژی با استانداردهای بسیار استثنایی در زمینه تولید انرژی و هماهنگ با محیط زیست و قابل دسترسی به طور عمده . در عصری که همه ما از اثرات جانبی مصرف سوختهای فسیلی از جمله گرم شدن زمین،پخش آلاینده ها و اتمام این سوختها نگرانیم ، هیدروژن می تواند با توجه به قابلیت های زیادی که دارد و نیز تمیز بودن که شامل عدم تولید محصولات جانبی مخاطره آمیز برای محیط زیست است ، مورد توجه قرار گیرد. براین اساس سرمایه گذاریهای فراوانی در کشورهای مختلف انجام گرفته است، حتی بعضی از کشورها برنامه های بزرگ و مرتبی از سالها پیش ارائه و به اجرا درآورده اند که از آن جمله می توان به آمریکا ، ایتالیا، آلمان و ژاپن اشاره کرد  .
سرمایه گذاریهای فراوانی در زمینه تولید هیدروژن ، مایع سازی ، ذخیره سازی و حمل ونقل آن و نیز سیستمهای پیل سوختی (Fuel Cell) که دارای راندمان بالایی باشد در حال انجام است. شرکتهای بزرگ با توجه به مسایل زیست محیطی و اعمال تعرفه های مالیاتی زیاد به محصولات آلوده کننده محیط زیست و نیز بعضی حمایتهای مالی دولتها در زمینه پیشرفت سیستمهای سبز و استفاده از انرژیهای تجدید پذیر ، علاقمندی خاصی به استفاده از هیدروژن بعنوان حامل انرژی از خود نشان می دهند . با توجه به اینکه در یک پیل سوختی بوسیله واکنش شیمیایی که بین هیدروژن و اکسیژن انجام می گیرد ، الکتریسیته تولید می شود و محصولات جانبی بی خطری مثل بخار آب دارد ، در نتیجه این روش بسیار مورد توجه گروههای سبز قرار گرفته است. راندمان این پیل ها حدود 50% است که این در مقابل دیگر روشهای الکتریسیته رقم بالایی محسوب می شود.
شرکتهای ماشین سازی مانند دایملر ، کرایسلر ، جنرال موتورز فلوکس ، ... و شرکتهای کامپیوتری مانند Toshiba،NEC،… و تعداد بیشماری از شرکتها ، پیل سوختی بعنوان تامین کننده انرژی محصولات خود در آینده می بینند و تعدادی از محصولات خود را نیز به صورت آزمایشی در مواردی به صورت عملی وارد بازار فروش کرده اند.
تحقیق در زمینه های تولید و ذخیره سازی هیدروژن بسیار ضروری به نظر می رسد. اما مشکلاتی نیز در این رابطه وجود دارد :
1- هزینه زیاد بهره برداری از این طرحها .  
2- عدم آینده نگری بعضی از کشورها و مردم .
3- مساله امنیت استفاده .
هیدروژن از روشهای مختلفی بدست می آید که این روشها بر اساس منابع کشورهای مختلف متفاوت است . کشورهای دارای نفت و گاز این قابلیت را دارند که هیدروژن را طی فرآیندهایی از این منابع بدست آورند . اما دیگر کشورها باید از منابع معدنی یا الکترولیز آب و ... برای بدست آوردن آن اقدام کنند. تعدادی از روشهای تولید هیدروژن به صورت زیر می باشد:

1- الکترولیز آب                                  
2- رادیولیز آب                             
3- فوتولیز                            

۴- از هیدروژن سولفید                                  
5- تبدیل Biomass                                
6- Reforming گاز طبیعی                             
7- اکسیداسیون جزئی نفت سنگین                        
8- گازی کردن زغال سنگ                              
9- ترمولیز آب                                       
برای تولید هیدروژن به ازای هر 2/1 – 4/1 واحد انرژی الکتریسیته ای که از منابع فسیلی مصرف می شود. یک واحد انرژی ذخیره شده در هیدروژن بدست می آید که این با توجه به فرض راندمان 75% الکترولیز آب و 85% ریفورمینگ است. بر این اساس قیمت تولید هیدروژن از گاز طبیعی از 6/5 دلار - 10/6 دلار برای تولید از زغال و 1/20 دلار برای تولید هیدروژن از الکترولیز آب به ازای هر گیگا ژول است . در مرحله بعد هیدروژن باید کاهش حجم پیدا کند تا قابل ذخیره سازی گردد. انرژی لازم در این زمینه حدود 2/7% HHV(Higher Heating Value) است که بر اساس 5 مرحله فشرده سازی برای هزار کیلو گرم هیدروژن در ساعت بین فشار 1 تا 200 بار است ، این مقدار برای فشار 800 بار جهت استحصال 1000 کیلوگرم هیدروژن مایع در ساعت حدود 60 MJ است . این انرژی با توجه به سایز سیستم تولیدی قابل کاهش تا 40 MJ است. برای واحدهای تولید با حجم بالا مثل (10000 Kg/hr ) در حدود 30 % HHV هیدروژن است .
با آنالیزهایی که انجام گرفته است میتوان نتیجه گرفت که بیشتر مشکلات عملیاتی بخاطر خواص هیدورژن می باشد ، که با وجود تحقیق و پیشرفتهای تکنولوژی ، هنوز امکان رفع آن موجود نمی باشد . ما باید بپذیریم که هیدروژن بعنوان سبک ترین گاز موجود دارای شرایط مناسبی برای بازار انرژی و تولید ، بسته بندی ، ذخیره سازی ، حمل و نقل و تحویل نیست. ولی انسان نمی تواند انرژی برای اهداف عالی و ایده آل خود هدر دهد . در حال حاضر یکی از بهترین راه حلهای ذخیره سازی انرژی می تواند استفاده از هیدروژن باشد. راه حل دیگر می تواند تولید هیدروژن در مکانی نزدیک به محل استفاده باشد که در حقیقت این روش هزینه های حمل و نقل و ذخیره سازی را کم کرده و یا از بین می برد. در واقع هیدروژن را می توان بعنوان اتصال دهنده انرژی فیزیکی ، منابع تجدید پذیر و انرژی شیمیایی و همچنین بهترین سوخت و در واقع سوختی ایده آل برای دستگاهای جدید تولید انرژی به صورت تمیز مانند پیل سوختی و موتورهای هیدروژنی شناخت.

محفظه كربني براي ذخيره هيدروژن با استفاده از نانو تكنو لوژي

پیل های سوختی و سوخت هیدروژنی جوابگوی نیازهای سوختی نیستند . محققان نشان داده اند مدل کامپیوتری جدید شبیه توپ فوتبال که یک محفظه کربنی برای ذخیره هیدروژن می باشد را می توان به عنوان مخزن های بسیار ریز هیدروزن به کار برد . هیدروژن با همه ی انرژی پتانسیل بالایی که داراست بدلیل سبک بودن فاصله زیاد بین مولکولهای آن ، نمی توان مقدار زیادی از آن را بصورت گازی در مخزن معمولی ذخیره کرد و احتیاج به مخزن بسیار عظیمی دارد.

همچنین رسیدن به دمای بسیار سرد هیدروژن مایع در محیط عادی ممکن نیست ( 423 - درجه فارنهایت )

اما با این طرح بجای داشتن مخازن بزرگ هیدروژن از میلیون ها و میلیارد ها مخزن بسیار ریز کربنی در مقیاس نانو می توانید استفاده کنید. به این مخزن بسیار کوچک Buckyball می گویند .

ما در این بحث قصد داریم بدانیم که چند مولکول هیدروژن در یک مخزن کربنی جا می شوند. و فشار وارد بر دیواره های آن ها چقدر است و اصلا چرا از کره استفاده شده است ؟

فشار یا تنشی که مخزن می توند تحمل کند تا آنجایی است که دیواره بشکند .

عکس نمایش داده شده مربوط به مخزن کروی است که صدها هزار بار ریز تر از دانه نمک است ، به خاطر این است که این مخزن خیلی محکم به نظر می رسد . ( بازوی گشتاور همچنین سطح مقطع برای تنش آن بسیار کوچک است.)

همچنین کره تنها شکل هندسی می باشد که بیشترین حجم را در کمترین سطح جانبی دارد . پس مصالح کمتری برای ساخت این مخزن نسبت به حجمش لازم داریم و با سطح کمتر تنش وارد شده هم کمتر خواهد بود .

همچنین مقدار تنش در همه ی جهات و قسمتهای آن یکسان می باشد برای همین راحت تر می توان با ضخیم کردن دیواره ی آن ، آن را مقاوم سازی کرد برای خلاف اشکال هندسی دیگر مثل استوانه و مکعب که بیشترین تنش را در مرزهای وجه های خود دارند و دشوارتر مقاوم سازی می شوند . همچنین کربن بیشتری لازم خواهند داشت.

این ایده که می توان اتم ها را در محفظه های این چنینی قرار داد ، زیاد جدید نمی باشد اما به تازگی محققان توانسته اند فشار وارد بر دیواره را از طریق مدل کامپیوتری آن بدست آورند.

فضای داخل Buckyball ساخته شده از 60 اتم کربن ، بگونه ای است که می تواند تنها 1 اتم هیدروژن را به راحتی داخل آن جا دهد. اما با اضافه کردن اتمهای بیشتر پیش بینی می شود دیواره های کره بتوانند تا 58 اتم هیدروژن را قبل از شکست جا دهند . ( تقریبا به اندازه فشار هیدروژن در هسته سیاره مشتری و زحل)

این نوع از Buckyball برای ذخیره سوخت مناسب نیست ، چون کوچک است . اما می توان از مخازن بزرگتر استفاده کرد پوسته آن تقریبا تا همان اندازه قبلی کشش را تحمل می کند . مدل کردن محفظه 60 اتمی کربن برای ساخت مخازن حجیم تر که از هزاران اتم کربن تشکیل شده است به محققان کمک زیادی کرده است اندازه این مخازن در حدود چند نانومتر است .

با چشم غیر مسلح چندین میلیارد از این محفظه ها مثل پودر خاکستری رنگ کربن شبیه گرد گرافیت دیده می شود.

Buckyball ها در طبیعت هم یافت می شود مثلا دوده شمع که از بخار پارافین جدا می شود توسط محققان از سال 1980 در آزمایشگاهها مورد بررسی قرار گرفته است .

این تحقیق در حال حاضر کاملا تئوری بوده است. هنوز کسی نمی داند که چگونه می توان هیدروژن را داخل این محفظه ها کرد و چگونه آن را دوباره از آن جا بیرون برد .

دکتر Yakobsan مدیر این پروژه بر روی ذرات ریز استوانه ای شکل که محفظه مناسبی برای ذخیره هیدروژن می باشد کار می کنند به گفته ی او می توان از این پیستون برای متراکم کرد اتمهای هیدروژن داخل سیلندر نانو مقیاس استفاده کرد.

این شکل از مخزن همچنین می تواند محل ذخیره ایزوتوپ های رادیو اکتیو برای درمان سرطان باشد . یا یک راه مناسب برای رسیدن به فشار بینهایت زیاد در آزمایشگاه مورد استفاده قرار گیرد.

پروفسور Dennis Walter از دانشگاه آلاسکا که سوخت های جایگزین و پیل های سوختی را ارزیابی می کند ، می گوید از دید علمی و تئوری هیدروزن ماده بسیار عالی می باشد اما از دید مهندسی این محفظه ها و ذخیره و متراکم کردن هیدروژن و انتقال آن نیاز به مصرف انرژی دارد که از معایب این طرح می توان در نظر گرفت .

از لحاظ علمی این دستاورد بسیار عالی می باشد اما استفاده از آن به عنوان سوخت اتوموبیل دور از تحقق به نظر می رسد.

هموارکردن مسير براي آينده سوخت هيدروژني:

روزي خودرو‌هاي با سوخت هيدروژني خواهند توانست با سرعت زياد طول بزرگ‌راه‌ها را طي کنند و ايستگاه‌هاي سوخت‌گيري هيدروژن به فراواني ايستگاه‌هاي امروزي گاز و ماشين‌هاي کنوني خواهند بود                                      .
قبل از اين‌که خودرو‌هاي با سوخت هيدروژني، بتوانند به‌طور گسترده مورد استفاده قرار بگيرند، دانشمندان بايد بر موانع بسياري فائق آيند که از آن‌جمله پيدا کردن روش مناسبي براي ذخيره هيدروژن مي‌باشد. اين مسئله يکي از مهم‌ترين و ضروري‌ترين مسائل در ارتباط با به‌کارگيري سوخت هيدروژني مي‌باشد                         .
آيا مي‌توان مقادير بسيار زيادي هيدروژن را بدون ايجاد دي‌اکسيد‌کربن توليد نمود؟ و آيا مي‌توان به‌قدر کافي هيدروژن را در يک خودرو ذخيره کرد به‌طوري‌که خودرو قادر باشد مسافت هزارها مايل را بدون سوخت‌گيري مجدد طي نمايد                ؟
در حال حاضر پاسخي براي دو سؤال فوق وجود ندارد؛ اما يک تيم متشکل از دانشمندان آزمايشگاه برکلي در حال حاضر مشغول کار برروي اين موضوع مي‌باشند.
بنابر گفته جف لانگ، دانشمند مواد آزمايشگاه برکلي، سيلندرهاي هيدروژن با فشار تنظيم شدني فضاي زيادي را در خودرو‌ها اشغال مي‌کنند در حالي‌که فضاي کافي هم براي ذخيره سوخت ندارند، به‌طوري‌که با آنها نمي‌توان حتي مسافت 300 مايل را بدون سوخت‌گيري مجدد پيمود. البته اميد به تغيير شرايط وجود دارد اما مشکل کنوني چگونگي ذخيره مقادير زياد هيدروژن در يک حجم کم بدون نياز به سردکردن و يا تحت ‌فشار قراردادن آن مي‌باشد                                  .
لانگ سرپرست يک تيم 9 نفري از دانشمندان آزمايشگاه برکلي است که هم‌اکنون در حال تحقيق در مورد کشف دسته‌اي از مواد هستند که بتوانند در ذخيره هيدروژن در خودرو‌ها، تحت دماها و فشارهاي متعارف، مؤثر باشند                             .
پروژه ديگر آزمايشگاه برکلي که به‌وسيله Dejonghe Lutgard، ازبخش دانشمندان مواد، سرپرستي مي‌شود در مورد رساناهاي پروتوني نانوکامپوزيت شد که اين رساناها در پيل‌هاي سوخت هيدروژني کاربرد دارند                            .
براي اين پروژه، لانگ يک تيم 9 نفره ازمتخصصين آزمايشگاه و تئوري‌دان‌هاي علوم مواد تشکيل داد که بيشتر آنها مانند خود لانگ در آزمايشگاه و بخش‌هاي فيزيک و شيمي برکلي مشغول بودند. هنگامي‌که اين گروه آغاز به‌کار نمود طيف وسيعي از آزمايش‌ها را پيش رو داشت که عبارتند از                                                                          :
آزمايش در مورد اينکه چگونه قابليت‌هاي ذخيره هيدروژن با تغيير اندازه ماده از مقياس ماكرو به مقياس نانو، تغير مي‌کند                   .
آزمايش در زمينه تشخيص اينکه چه موادي با چه پيوندهايي توانايي برقراري اتصال با هيدروژن را دارد                                                                 .
آزمايش در مورد ايجاد نوعي پليمر نانوحفره‌اي که قادر است هيدروژن را درون حفره‌هايش محبوس کند                            .
يکي از اعضاي اين گروه به نام که آلکس زتل، متخصص برجسته‌اي در زمينه نانولوله‌ها مي‌باشد در حال بررسي اين موضوع است که چطور نانولوله‌هاي نيتريد‌ بور را مي‌توان براي ذخيره هيدروژن به‌کار برد. دو تئوري‌دان ديگر نيز براي توليد نانولوله‌هاي نيتريد بور جديدي تلاش مي‌کنند که بتوانند در به ‌دام انداختن مولکول‌هاي هيدروژن مؤثر باشند                    .
دانشمند ديگري در حال ساخت و بررسي هيدريدهاي فلزي و آزمايش اين مواد مي‌باشد و محقق ديگري نيز وظيفه نصب دستگاه‌هاي اندازه‌گيري و تشخيص هيدروژن را تحت يک محدوده معين دما و فشار دارد                       .
به عقيده لانگ تمام کساني ‌که در زمينه علوم مواد مهارت و تخصص بالايي دارند بايد درباره موضوع ذخيره هيدروژن تفکر را آغاز کنند. براي اين منظور، لانگ شخصاً بر روي يک ماده ذخيره‌کننده که سطح مخصوص بسيار بزرگي دارد و در يک فضاي کوچک گنجانده شده، کار مي‌کند. اين ماده جامد هم‌پاي نانوحفره‌اي1 ناميده مي‌شود. بسياري مواد از اين دست حدوداَ 500 متر مربع مساحت بر گرم دارند، اين بدان معني‌است که اين گونه مواد، پتانسيل بسيار بالايي براي جذب مقادير زيادي هيدروژن دارند.
اين مواد مجموعه و ترکيبي از مکعب‌هاي خالي هستندکه به‌طور جالبي ساختار آنها در سه بعد كشيده مي‌شود. به همراه هر مکعب، فضاي خالي براي ذخيره چندين مولکول هيدروژن وجود دارد.                                
اين مواد در طول يک واکنش محلولي ساده توليد مي‌شوند و هر کدام از مکعب‌هاي توخالي هم با حلال پر مي‌شوند. پس از اتمام اين مرحله، ماده حرارت ديده، حلال پر کننده فضاي خالي، خارج مي‌شود. در نهايت چيزي که باقي مي‌ماند مجموعه‌اي از مکعب‌هاي خالي است که به شکل کندوي عسل کنار هم قرار گرفته‌اند و اين‌چنين يک ماده ذخيره کننده براي مولکول‌هاي هيدروژن آماده مي‌شود.اين گاز، ترفندي براي مجبور کردن مولکول‌هاي هيدروژن براي اتصال به بدنه مکعب‌ها بدون نياز به سرد کردن و يا تحت فشار قرار دادن هيدروژن مي‌باشد                                       
در حال حاضر، لانگ و دانشجويانش در حال تحقيق براي شناسايي مکان‌هاي مناسب فلزات در درون هر مکعب مي‌باشند. آنها معتقدند که هيدروژن بايد به طرز قوي‌تري به فلزات متصل شود، اين اتصال و ميزان انرژي وابسته به هيدروژن، به مکان‌هاي قرارگيري فلزات بستگي دارد. آنها در حال بررسي براي يافتن محل‌هاي مناسب قرارگيري ترکيب سيانيد فلزي، منيزيم و ترکيب‌هاي کربونيل هستند                                            .
اما اين نتايج در مورد يک ماده ذخيره کننده هيدروژن براي کاربرد در يک خودرو کافي نيست. طبق گفته لانگ، اين تحقيقات بايد به پر کردن مخزن سوخت با يک ماده ذخيره‌کننده هيدروژن منجر شود که بتواند مقدار کافي هيدروژن براي تأمين نيروي مورد نياز براي يک خودرو جهت طي مسافت هزاران مايل را تأمين نمايد.

هيدروژن(آبزا)

به معنای تولید کننده آب می باشد.واژه یونانی hudôr به معنای آب و gennen به معنای تولید کننده می باشد                                 .   
این عنصر اولین بار در سال ۱۷۷۶ به‌وسیله هنری کاوندیش (Henry Cavendish) دانشمند انگلیسی به‌عنوان یک ماده مستقل شناخته شد، آنتونی لاوازیه نام هیدروژن را برای این عنصر انتخاب کرد. 
هیدروژن یا آبزا، اولین عنصر شیمیایی جدول تناوبی است كه با نماد H و عدد اتمی ۱ نشان داده می شود. هیدروژن عنصری است بی رنگ، بی بو، غیر فلز، یک ظرفیتی و گازی دو اتمی، با خاصیت شعله وری بسیار بالا است. هیدروژن سبک‌ترین و فراوانترین عنصر در جهان بوده بطوریکه ۷۵٪ جرم مواد طبیعی از این عنصر ساخته شده و بیش از ۹۰٪ اتم‌های تشکیل دهنده آنها اتم‌های هیدروژن است. و در آب و تمامی ترکیبات آلی و موجودات زنده یافت می‌شود. هیدرژن قابلیت واکنش شیمیایی با بیشتر عناصر را دارد. این عنصر به مقدار زیاد و به وفور در ستارگان و سیارات یافت می‌شود به طوریکه ستارگان در توالی اصلی خود به وفور از هیدروژن در حالت پلاسمایی تشکیل شده اند. به طور مثال هیدروژن ترکیب اصلی سیاره مشتری. است به نسبت فراوانی زیاد آن در جاهای دیگر، هیدروژن در اتمسفر زمین بسیار رقیق است(۱ ppm برحسب حجم). متعارف‌ترین منبع برای این عنصر در زمین آب است که از دو قسمت هیدروژن و یک قسمت اکسیژن (H۲O) ساخته شده است.
این عنصر در تولید آمونیاک، به‌عنوان یک گاز بالا برنده، یک سوخت جایگزین و اخیرا به‌عنوان منبع انرژی مورد استفاده پیلهای سوختی قرار می‌گیرد.
در آزمایشگاه می توان هیدروژن را، از عبور بخار از روی کربن داغ، تجزیه هیدروکربن به‌وسیله حرارت، واکنش هیدروکسید سدیم یا پتاسیم بر آلومینیوم، الکترولیز آب یا از جابجایی آن در اسیدها توسط فلزات خاص. اما برای تولید در حجم زیاد از الکترولیز آب که معمول‌ترین روش است، ویا به‌وسیله تجزیه گاز طبیعی تولید می‌شود . اکنون دانشمندان در تلاشند تا روش‌های جدیدی را بوجود آوردند که از جلبک‌های سبز برای تولید هیدروژن استفاده نمایند.
این عنصر نقش بسیار حیاتی در تأمین انرژی جهان از طریق واکنش پروتون-پروتون و چرخه کربن-نیتروژن به عهده دارد(اینها فرآیندهای هم جوشی هسته‌ای هستند که با ترکیب دو اتم هیدروژن به یک اتم هلیم، مقدار بسیار عظیمی از انرژی آزاد می‌کنند.)

كاربردها

*هیدروژن به مقدار بسیار زیادی در فرآیند هابر (Haber Process) صنعت مورد نیاز است، مقدار قابل توجهی در برای تولید آمونیاک، هیدروژنه کردن چربی‌ها و روغن‌ها، و تولید متانول.
سایر مواردی که نیازمند هیدروژن است عبارت‌اند از :   
*آلکیل زدایی آبی (هیدرودیلکیلاسیون hydrodealkylation)، گوگردزدایی آبی (هیدرودیسولفوریزاسیون، hydrodesulfurization) و هیدروکرکینک (hydrocracking)
*تولید اسید هیدروکلریک،جوشکاری،سوخت‌های موشک و احیاء سنگ معدن فلزی
*هیدروژن مایع در تحقیقات سرما‌شناسی مانند مطالعات ابررسانایی
تریتیوم که در رآکتورهای اتمی تولید می‌شود در ساخت بمبهای هیدروژنی مورد استفاده قرار می‌گیرد  .
*هیدروژن چهارده و نیم بار از هوا سبکتر است و سابقا به‌عنوان عامل بالا برنده در بالون‌ها و کشتی‌های هوایی مورد استفاده قرار می‌گرفت تا وقتیکه فاجعه هیندنبرگ ثابت کرد که استفاده از این گاز برای این منظور بسیار خطرناک است.
*دوتریوم به‌عنوان یک کند کننده جهت کاهش حرکت نوترونها در فعالیت‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، و ترکیبات دوتریوم در شیمی و زیست‌شناسی در مطالعات تأثیرات ایزوتوپ، مورد استفاده وافع می‌شوند.
*تریتیوم که یک ایزوتوپ طبقه بندی شده در علوم زیست‌شناسی است که به‌عنوان یک منبع تشعشع در رنگهای نورانی کاربرد دارد.
*هیدروژن می‌تواند در موتورهای درون سوز سوخته شود و یا در پیلهای هیدروژنی انرژی بصورت برق تولید کند.تاکنون چند خودرو آزمایشی توست شرکتهای مختلف اتومبیل سازی از جمله BMW(موتور گرمایی) و Mercedes Benz ،Toyota ،Opel و ... (پیل هیدروژنی) تولید شدند. پیل‌های سوختی هیدروژنی، به‌عنوان راه کاری برای تولید توان بالقوه ارزان و بدون آلودگی، مورد توجه قرار گرفته است.

تركيبات

هیدروژن از سبک‌ترین گازها می باشد ،با اکثر عناصر ترکیب شده و ترکیبات مختلفی را بوجود می‌آورد. هیدروژن دارای اکترونگاتیویته ۲.۲ است پس هیدروژن بیشترین ترکیبات خود را با عناصر غیر فلزی تر و یا فلزی تر به وجود می آورد. در حالت ترکیب غیر فلزی، تشکیل دهنده‌ها هیدریدها نامیده می‌شوند، که هیدروژن یا بصورت یونهای H- یا بصورت حل شده در عنصر دیگر وجود خواهد داشت (مانند هیدرید پالادیوم). در حالت ترکیب با فلزات هیدروژن تمایل برای تشکیل پیوند کووالانسی دارد، چون یونهای H+ بصورت یک اتم آزاد فاقد الکترون در می‌آیند بنابراین تمایل شدیدتری به جذب الکترونها به سمت خود دارند. هر دوی اینها تولید اسید می‌کنند. لذا حتی در یک محلول اسیدی می‌توان یونهایی مثل H۳O+ را دید که گویی پروتونها محکم به چیزی چسبیده اند.
هیدروژن با اکسیژن ترکیب شده و تولید آب می‌کند، H۲O، که در این واکنش مقدار زیادی انرژی را بصورتی آزاد می‌کند که، باعث انفجار در هوا می‌گردد. به اکسید دوتریوم یا D۲O، که معمولاً آب سنگین گفته می‌شود. همچنین هیدروژن با کربن یک سری ترکیبات گسترده‌ای را بوجود می‌آورد. بخاطر ارتباط این ترکیبات با موجودات زنده، این ترکیبات را ترکیبات آلی نامیده، و به مطالعه خصوصیات این ترکیبات شیمی آلی گفته می‌شود.

حالت ها

در شرایط عادی گاز هیدروژن ترکیبی از دو نوع متمایز مولکول است که با هم از نظر جهت چرخش الکترون‌ها و هسته تفاوت دارند. این دو شکل به نام ارتو- و پارا- هیدروژن معروفند. (این مورد با ایزوتوپ‌ها فرق می‌کند. در شرایط استاندارد هیدروژن معمولی ترکیبی از ۲۵٪ شکل پاراو ۷۵٪ شکل ارتو است. شکل ارتو را نمی‌توان بصورت حالت خالص آن تهیه کرد. این دو مدل هیدروژن از نظر انرژی با هم متفاوتند که این مساله موجب می‌گردد، تا خصوصیات فیزیکی آنها کمی با هم متفاوت باشد. مثلاً نقطه ذوب و جوش پاراهیدروژن تقریباً ۰.۱ K ° پایین تر از ارتوهیدروژن است.در صورتیکه این گاز تحت فشار فوق العاده بالایی قرار گیرد مولکولها ماهیت خود را از دست داده و هیدروژن بصورت فلزی مایع در می‌آید.اما در فشارهای بسیار پایین مانند شرایطی که در فضا یافت می‌شود، به این علت که هیچ راهی برای ترکیب اتمهایش وجود ندارد، هیدروژن تمایل دارد تا بصورت اتم‌های مجزا در آمده؛ابرهای H۲ (هیدروژنی) تشکیل می‌شود که به شکل گیری ستارگان نیز مرتبط است.

ايزوتوپ ها

پروتیوم، معمولی‌ترین ایزوتوپ هیدروژن است که فاقد نوترون می باشد با وجود اینکه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریوم دارای یک نوترون و تریتیوم رادیو اکتیویته دارای دو نوترون می باشند،دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم(H-۱) و دیتریوم(D، H-۲) هستند. دیتریوم شامل0.0082درصد کل هیدروژن است (IUPAC)
نسبتهای دیتریوم به پروتیوم با توجه به استاندارد مرجع آب VSMOW اعلام می‌گردد. تریتیوم(T یا H-۳)، یک ایزوتوپ پرتوزا (رادیواکتیو) است که یک پرتون و دو نوترون دارد. هیدروژن تنها عنصری است که ایزوتوپ‌های آن اسمهای مختلف دارند.

نكات ايمني

هیدروژن گازی است با قدرت افروزش بسیار زیاد. این گاز همچنین به شدت با کلر و فلوئور واکنش نشان می‌هد. D۲O، یا آب   سنگین  ،سمی است و برای حیات بسیاری از موجودات خطرناک است.اما مقدار قابل توجهی از آن برای کشتن انسان لازم است. هيدروژن ميتواند با تنفس توسط انسان جذب شود و با ایجاد کمبود اکسیژن به انسان آسیبهایی همچون :سردرد، صداي زنگ در گوش، سرگيجه، خواب آلودگي، بيهوشي، تهوع، استفراغ و آبی شدنپوست در هنگام تنفس هيدروژن و در بعضی از شرايط، مرگ ایجاد کند.(هيدروژن بر حیات گياهی و دریایی تاثير نمی گذارد) 

هيدروژن

در گوشه بالا سمت چپ جدول تناوبی اولین عنصر یعنی هیدروژن با عدد 1 قرار دارد. سالها قبل از آنکه دانشمندان این ماده را به عنوان یک عنصر خالص کشف کنند به روشهای مختلف آنرا تولید کرده و از آن استفاده می کردند.                                                                               لاوازیه (Antoine Lavoisier, 1743 - 1794) شیمیدان فرانسوی هنگام تحقیقاتی که روی آب انجام می داد متوجه شد که آب از دو گاز تشکیل شده است، نام یکی را اکسِژن و نام دیگری را هیدروژن نهاد. همچنین هنری کاوندیش (Henry Cavendish, 1731-1810) دانشمند خجالتی انگلیسی در سال 1766 طی تحقیقات و آزمایشهایی که انجام میداد متوجه شد که هیدروژن یک عنصر مجزا می باشد.                                   

شاید بزرگترین خصیصه هیدروژن آن باشد که فراوان ترین عنصر در تمام عالم هستی می باشد. هیدروژن قابل اشتعال بوده حتما" تعجب خواهید کرد اگر بدانید که بنا بر برآوردهایی که انجام شده است حدود 90 درصد از اتمها و نیز حدود 75 درصد از جرم کل هستی از هیدروژن تشکیل شده است. این ماده در تمام ستاره ها وجود دارد و منبع اصلی تهیه انرژی ستاره ها بواسطه واکنش های هسته ای می باشد.                                

از میان روشهای صنعتی تهیه هیدروژن می توانه به ترکیب بخار آب با کربن گداخته، تجزیه هیدروکربنها بوسیله حرارت، واکنش میان هیدروکسید سدیم یا پتاسیم با آلمینیوم، الکترولیز آب، ترکیب فلزات با اسیدها و ... نام برد                       .

هیدروژن مایع برای مصارف برودتی کاربرد فراروان دارد و در مطالعات مربوط به ابر رسانا ها (Superconductors) بکار می رود. هیدروژن همچنین ماده اولیه سازنده سیاره غول پیکر مشتری (Jupiter) و سایر سیاره هایی است که حالت گازی دارند. جالب است بدانید که میزان فشار در مرکز چنین سیاراتی آنقدر زیاد می باشد که در آنجا نه تنها هیدروژن جامد وجود دارد بلکه فشار به حدی زیاد است که وجود هیدروژن بصورت فلز در این قسمت از اینگونه سیارات به اثبات رسیده است                 .

تحقیقات دانشمندان آمریکایی در سال 1972 نشان داد که در فشارهای بالای 2Mbar هیدروژن می تواند به حالت فلز نمایان شود و قابلیت هدایت بسیار زیادی از خود نشان دهد. به دنبال آن در سال 1973 دانشمدان روسی موفق شدند که با فشاری معادل 2.8Mbar هیدروژن را بشکل و سختی فلز تهیه کنند و آزمایشهایی را بر روی قابلیت رسانایی این فلز انجام دهند.                                      

با وجود همه این مسائل در جو زمین میزان هیدروژن آنقدر زیاد نیست. دلیل عمده آن سبکی بیش از حد این ماده می باشد که توان ماندگاری این گاز در جو کره زمین را کم می کند. در روی زمین نیز هیدروژن علاوه بر آب در انواع سوخت های فسیلی (نفت، ذغال) و نیز ساختمان ارگانیک گیاهان و موجودات زنده وجود دارد. لازم به ذکر است که امروزه تحقیقات و آزمایشات دانشمندان برای جایگزینی سوختهای فسیلی با هیدروژن به نتایج قابل قبولی رسیده است و امید آن می رود که بزودی بتوان بصورت صنعتی از این ماده بعنوان یکی از منابع اصلی تولید انرژی استفاده کرد.

هيدروژن؛ سوخت پاك دنياي نوين

ذخيره‌سازي، مهم‌ترين مشكل به‌كارگيري هيدروژن به‌عنوان سوخت:

با توجه به اين كه كاربرد گاز هيدروژن يك تحول عمده در بازار انرژي ايجاد كرده و يك گام از سمت روش‌هاي غيرمتعارف به روش‌هاي متعارف محسوب مي‌شود، طبيعي است كه مقاومت‌هايي از سوي مردم براي پذيرش مصرف اين گاز به عنوان سوخت در پي داشته باشد.                                    
به گزارش ايسنا، يكي از دلايل بارز اين مقاومت آن است كه به عنوان نمونه مردم بايد در خودروهاي شخصي خود تغييراتي ايجاد كنند كه براي آنها هزينه دارد؛ دوم آن است كه هنوز به در دسترس بودن گاز هيدروژن در جاهاي مختلفي كه مسافرت خواهند كرد، اطميناني ندارند و سوم اين كه هنوز به ايمني مصرف گاز هيدروژن اطميناني نيست كه اين محدوديت‌ها را بايد از طريق انجام كارهاي تبليغاتي، ساخت فيلم هاي مستند و جايگزين كردن گاز هيدروژن به جاي گاز طبيعي به طور تدريجي رفع كرد.

محدوديت هاي زيربنايي به كارگيري هيدروژن:

ساخت واحدهاي شارژ هيدروژن در شهرهاي مختلف يك كار زيربنايي است كه نياز به سرمايه‌گذاري وسيعي دارد. اين موضوع زماني عملي مي‌شود كه از نظر اقتصادي و زيست محيطي امكان استفاده از گازهاي هيدروكربني وجود نداشته باشد. موضوع دوم، ساخت ماشين‌ها و وسايل نقليه عمومي است كه امكان استفاده از گاز هيدروژن در موتور خود را داشته باشند و اين به معني ايجاد خطوط توليد متفاوت در صنايع خودروسازي است.

ذخيره سازي هيدروژن به همراه خودروها:

وسايل نقليه هيدروژني، يكي از كانديداهاي جدي جايگزيني وسايل نقليه با سوختهاي نفتي هستند. وسايل نقليه هيدروژني توانايي استفاده از تكنولوژي پيشرفته را دارند تا كيفيت‌هاي زيست محيطي ايمني و ثبات بازار انرژي را بهبود بخشند؛ به طوري كه عملكرد آنها معادل عملكرد و كاربري وسايل نقليه با سوخت‌هاي بنزيني باشد. بارزترين چالش پيش رو براي اين كار ذخيره سازي مقدار كافي گاز هيدروژن به همراه وسايل نقليه براي مسافت‌هاي نسبتا طولاني در حجم متناسب و معقول است                                  .
انتخاب ظرفيت ذخيره سازي تعيين كننده مدت زمان سوخت گيري مجدد، هزينه ذخيره‌سازي، هزينه اقتصادي مصرف سوخت وسيله نقليه و وسايل پشتيباني لازم موجب افزايش راندمان انرژي هيدروژني مي‌شود.

ذخيره‌سازي هيدروژن از طريق گاز فشرده هيدروژن، ذخيره‌سازي سرد(Cryogenic) هيدروژن مايع و جذب روي هيدرهاي فلـزي(Metal Hydride) امكان پذير است.                                
ذخيره‌سازي 5 كيلوگرم هيدروژن به صورت گاز فشرده در فشارPsi 3600 به حجمي معادل 320 ليتر نياز دارد كه براي يك وسيله نقليه حجم زيادي است و به لحاظ واحد انرژي معادل 19 ليتر بنزين است. براي وسايل نقليه با پيل سوختي معادل 640 كيلومتر مسافت را در بر مي‌گيرد؛ ولي ذخيره‌سازي بصورت مايع بيشتر مورد توجه قرار گرفته است زيرا به حجم كمتري نياز دارد.

تحقيقات براي ذخيره سازي هيدروژن:

هم اكنون مطالعاتي دردست اجراست كه در صورت به نتيجه رسيدن آنها مي‌توان گاز مايع را در دمايي حدود 20 درجه كلوين (253 - درجه سانتيگراد) و در فشار بالا حدود 3600 psi در مخازن عايق دار ذخيره‌سازي كرد. در اين مخازن حجم مورد نياز براي جرم مشخصي از هيدروژن مايع برابر يك سوم حجم هيدروژن گازي با همان جرم است.                          
طبق بررسي‌هاي مؤسسه انرژي آمريكا، ظرفيت ذخيره‌سازي هيدروژن با دانسيته حجمي به مقدار 62 كيلوگرم بر متر مكعب مي‌تواند يك هدف تحقيقاتي براي برنامه‌هاي مطالعات هيدروژن به عنوان سوخت در صنعت حمل و نقل باشد. منظور از دانسيته وزني نسبت جرم گاز هيدروژن ذخيره شده به جرم مخزن ذخيره‌سازي با دانسيته حجمي هدف است.                       
درحال حاضر درايالت شيكاگوي آمريكا برخي از اتوبوس‌هاي شهري از گاز فشرده هيدروژن به وسيله كپسول‌هايي كه به صورت پنهان در سقف آنها نصب شده است، به عنوان سوخت بهره مي‌گيرند. اين موضوع نتوانسته در ظرفيت اتوبوس شهري محدوديتي ايجاد كنند.                         
بنابراين مهمترين مشكل در ذخيره سازي هيدروژن، كم بودن دانسيته حجمي انرژي سوخت هيدروژن نسبت به سوخت‌هاي پايه نفتي است كه سبب سخت شدن ذخيره‌سازي اين سوخت همراه خودروها شده است.

استفاده از هيدروژن و خودروهاي هيدروژني به دو گونه در حال توسعه است:
موتورهاي پيل سوختي                                 
موتورهاي احتراق داخلي

در موتورهاي پيل سوختي عملي معكوس الكتروليز انجام مي شود . بدين معني كه اكسيژن با هيدروژن تركيب شده و طي فرآندهايي به جاي اينكه هيدروژن آتش بگيرد(اصطلاحا بسوزد ) جريان الكتريسيته برقرار مي شود. كه با استفاده از اين جريان موتورهاي الكتريكي فعال مي شوند.اين موتورهاي پيل سوختي هيدروژن را يا از مخازن ذخيره هيدروژن كسب مي كنند و يا از هيدرو كربن ها . يعني اينكه شما تو باك بنزين يا گازوپيل يا انواعي ديگر از هيدرو كربن مي ريزيد . اين هيدروكربنها در فرآيندهاي شيميايي و حتي بيولوژيكي تجزيه شده و هيدروژن آزاد مي كنند و بعد هيدروژن با اكسيژن هوا تركيب شده و جريان الكتريسيته برقرار مي شود.اين نوع موتورها در مراحل تحقيقات هستند و با توجه به حجم سرمايه گذاري فوق العاده بالاي كه روي آنها انجام شده كانديداي مناسبي براي آينده صنعت حمل و نقل مي باشند .

اما موتورهاي هيدروژني احتراق داخلي مثل همين موتورهاي گاز سوز هستند كه به جاي گاز هيدروژن را مي سوزانند. اين موتورها درگير چالشهاي بيشتري هستند و معلوم نيست كه بتوانند در آينده نقش قابل توجهي داشته باشند يا نه!

هیدروژن انتقال دهنده انرژی:

هر روز ما انرژی برقی بیشتری مصرف می كنیم. برق منبع ثانویه انرژی است؛ منابع ثانویه انرژی كه گاهی به آنها ناقلهای انرژی هم گفته می شود انرژی را به مصرف كننده می رساند. از آنجا كه استفاده و انتقال برق برای ما آسانتر است، ما انرژیها را به انرژی برق تبدیل می كنیم. برق به ما نور، گرما، آب داغ، غذای سرد، تلویزیون، رایانه می دهد. زندگی بسیار سخت می شد، اگر ما مجبور بودیم زغال بسوزانیم، اتم بشكافیم، یا سدهای خود رابسازیم؛ پس انرژی زندگی را ساده تر كرده است.

هیدروژن ناقل انرژی برای آینده است. این عنصر سوخت تمیزی است كه می توان آن را در جاهایی جایگزین کرد كه ما بسختی از برق استفاده می كنیم. فرستادن برق در مسیرهایی طولانی 4 برابر بیشتر از حمل دریایی هیدروژن به صورت خطوط لوله ای هزینه دارد.

انرژی پرتوی خورشید باعث برقراری حیات روی زمین است. این انرژی به ما نور می دهد، باعث رشد گیاهان می شود، بادها را به جریان می اندازد، باعث بارش باران می شود. این انرژی در سوختهای فسیلی ذخیره شده است. بیشتر انرژی مصرفی ما در حال حاضر از خورشید منشأ می گیرد.

هیدروزن گازی (H2) روی زمین وجود ندارد. این عنصر همیشه به صورت تركیبی است. به طور مثال، تركیب با اكسیژن (H2O - آب) تركیب هیدروژن با كربن تركیبات شیمیایی متفاوتی مانند متان (CH4) و زغال و نفت را به دست می دهد . همچنین، هیدروژن در تراكم زیست و مواد عالی یافت می شود. هیدروژن از نظر امروزیبیشترین محتوای انرژی هر سوخت را دارد؛ اما از نظر حجمی، كمترین فشار عادی به صورت گاز وجود دارد. هیدروژن می تواند انرژی را ذخیره كند. بیشتر انرژی كه ما امروزه مصرف می كنیم از سوختهای فسیلی به دست می آید. تنها 6% منابع انرژی از منابع تجدیدپذیرند؛ زیرا این انرژیها تمیزتر و مناسب استفاده تر در طول یك زمان كوتاه اند.
منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید و باد نمی توانند همه وقت انرژی تولید كند. خورشید همیشه نمی تابد و باد همیشه نمی وزد. منابع تجدیدپذیر در زمان و مكانی كه ما نیاز داریم انرژی تولید نمی كند. ما نمی توانیم منابع انرژی زیادی برای تولید هیدروژن استفاده كنیم؛ هیدروژن می تواند انرژی را در زمان و مكانی كه ما نیاز داریم تأمین کنید.

تنها نتیجه كار موتورها با سوخت هیدروژنی "آب" است:

دانشمندان آمریكایی می‌گویند با ریختن آب روی دانه‌ها یا ‪pelletهای ساخته شده از آلومینیوم و گالیوم هیدروژن خالص تولید می‌شود و در نتیجه فعالیت موتورهایی كه با این هیدروژن كار می‌كنند، فقط "آب" تولید می‌شود                                            

به گزارش رویترز، هیدروژن پاك‌ترین سوخت شناخته می‌شود به ویژه برای خودروها زیرا وقتی كه می‌سوزد، فقط آب تولید می‌كند                                                      

اگر چه گفته می‌شود هیدروژن سوخت آینده خواهد بود اما محققان هنوز موفق به یافتن كارآمدترین شیوه برای تولید و ذخیره هیدروژن نشده‌اند.

"جری وودال" پرفسور مهندسی در دانشگاه "پردو" در ایندیانا و ابداع كننده این سیستم می‌گوید شاید استفاده از این پلت‌های فلزی مركب همان چیزی باشد كه به دنبال آن می‌گردیم                                                                                                   

وی گفت هیدروژن بر اساس تقاضا تولید می‌شود از این رو می‌توان آن را اندازه مورد نیاز و در زمان مورد نیاز تولید كرد و نیازی به ذخیره‌سازی یا نقل و انتقال نیز ندارد   

اكنون دانشمندان پردو فكر می‌كند این سیستم كه می‌تواند برای موتورهای كوچكتری مانند ماشین‌های چمن‌زنی و اره برقی بكار گرفته شود، می‌تواند برای خودروها و كامیون‌ها نیز چه به عنوان جایگزین برای بنزین و چه بعنوان وسیله‌ای برای شارژ باتری‌های سوخت هیدروژن، بكار گرفته شود                                                                   

آلومینیوم به خودی خود با آب واكنش نشان نمی‌دهد زیرا زمانی كه در معرض اكسیژن قرار می‌گیرد، یك پوسته محافظ تشكیل می‌دهد. اما گالیومی كه به آن اضافه می‌شود، مانع از شكل گرفته این پوسته می‌شود و باعث می‌شود كه آلومینیوم بتواند در آب با اكسیژن واكنش نشان دهد                                                                                         

این واكنش اكسیژن و هیدروژن موجود در آب را از هم جدا می‌كند و در این فرآیند، هیدروژن را آزاد می‌كند                                                                             

آنچه از این واكنش باقی می‌ماند اكسید آلومینیوم و گالیوم است. در موتور، آنچه از سوختن هیدروژن در موتو آب نیز تولید می‌كند. این در حالی است كه هیچ گاز سمی نیز تولید نمی‌شود                                                                                             

درصورتی كه این باتری‌ها از نظر اقتصادی قابل دوام شوند، این روش می تواند با بنزین با بشكه‌ای به ارزش سه دلار رقابت كند تنها اگر آلومینیوم برای هر پوند هزینه‌ای بیش از یك دلار داشته باشد