تولید هیدروژن پاک امروزه مسئله ای اساسی در ساخت پیلهای سوختی است. دستیابی به این امر مستلزم روشهای نوین تولید صنعتی هیدروژن تمیز و فاقد مونوکسید کربن است..

فراوری هیدروژن یک روش صنعتی برای تولید هیدروژن است. امروزه تکنولوژی رایج برای تولید مستقیم هیدروژن ,بهسازی بخار هیدروکربنها است. دیگر روشها عمدتا شامل الکترولیز و ترمولیز است.

بهسازی بخار(Steam Reforming)

سوختهای فسیلی منبع اصلی برای هیدروژن صنعتی میباشند. هیدروژن میتواند از گاز طبیعی با بهره 80% و یا دیگر کربوهیدراتها با بهره های متفاوت تولید شود.به طور خاص مقدار زیاد هیدروژن معمولا از طریق بهسازی بخار متان یا گاز طبیعی تولید می شود.

در دماهای (700-1100) درجه سانتی گراد, بخار (H₂O) با متان (CH₄) در یک واکنش گرماگیر واکنش میدهد:

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

به عنوان مرحله ای دیگر هیدروژن اضافی در یک واکنش گرمازای (تعویض آب-گاز) در دمای پایینتر( 130⁰C) تولید می شود:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

در اصل اتم هیدروژن از بخار آب اضافی باعث اکسید کردن CO به CO₂ میشود.این اکسیداسیون همچنین انرژی لازم برای انجام واکنش را تامین میکند.و دیگر گرمای لازم برای انجام واکنش با سوزاندن قسمتی از متان به دست می آید.

بهبود روش سنتی تولید هیدروژن:

مهندسان دانشگاه دوک روشی جدید برای بهبود تولید هیدروژن پاک ارائه داده اند. آنچه برای بی نیاز کردن جامعه از سوختهای فسیلی و الزامات محیط زیستی اساسی و ضروری است.

در حالی که هیدروژن در همه جا در طبیعت وجود دارد تولید و جع آوری هیدروژن مولکولی برای حمل و نقل و مصارف صنعتی گران و پیچیده است. یکی از مهمترین محصولات جانبی در بسیاری روشهای تولید هیدروژن مونوکسید کربن است که برای انسان و حیوان سمی است.

مهندسین دانشگاه دوک دستاورد کاتالیزوری را استفاده کرده اند و نشان داده اند با استفاده از آن میتوان سطوح کربن مونوکسید را در حضور هیدروژن  و محصولات جانبی بدون سمیت آب و کربن دی اکسید در حد نزدیک به صفر کاهش داد .همچنین نشان دادند که با استفاده ار این کاتالیزور میتوان هیدروژن را از طریق بهسازی(Reforming) سوخت در دمای کمتر نسبت به روشهای مرسوم تولید کرد که در نتیجه باعث عملی تر کردن این روش میشود.

کاتالیزورها:

کاتالیزورها عوامل اضاف شونده به واکنشها برای تهییج شروع و ادامه آنها میباشند. در مورد روش بهسازی بخار (Steam Reforming)در تولید صنعتی هیدروژن , کاتالیزورها نانوذرات متشکل از طلا و اکسید آهن(زنگ آهن) میباشند. در روش جدید برخلاف روشهای رایج که بر توانانیی نانوذرات طلا برای پیش بردن واکنش به عنوان کاتالیزور منحصر به فرد تکیه داشته و نانوذرات اکسید آهن تنها نقش اسکلت بندی و نگهداشتن نانوذرات طلا در کنار یکدیگر داشته اند, مهندسین دانشگاه دوک هر دو کاتالیزور را مهم برای این پروسه کاتالیزوری دانسته اند.

علت این نتیجه گیری از آنجاست که مشاهده شده است که افزایش سطح نانوذرات اکسید آهن به طور مهیجی فعالیت کاتالیزوری نانوذرات طلا را افزایش میدهد.

 پیل سوختی و دیگر مصارف صنعتی:

امروزه یکی از اهداف مهم در تولید هیدروژن فاقد مونوکسید کربن استفاده در پیل سوختی به جهت تولید انرژی پاک , بی نیاز از سوخت فسیلی است. از آنجایی که مقادیر بسیار اندک مونوکسید کربن به کاتالیزورهای موجود در پوشش پیلهای سوختی آسیب وارد میکند چنین روشی میتواند در ساخت پیلهای سوختی بسیار مفید باشد.

پیلهای سوختی از طریق واکنشهای شیمیایی شامل هیدروژن الکتریسیته تولید می کنند .علاوه بر این بسیاری فرآیند های صنعتی نیازمند هیدروژن به عنوان یک واکنش دهنده بوده  و وسایل نقلیه نیز بتدریج شروع به استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت اولیه کرده اند.

در این روش جدید هیدروژن به طور ثابت با کمتر از 0.002 درصد کربن مونوکسید تولید شد. رسیدن به این میزان مونوکسید کربن با تغییر دستور العمل ساخت نانوذرات کاتالیزور در واکنش اکسید کردن مونوکسید کربن در گازهای دارای مقادیر زیاد هیدروژن میباشد.

یکی از دستاوردهای جدید در تولید انرژی تجدیدپذیر استفاده از منابع با پایه الکلی است که از بیومس استخراج شده اند مانند متانول. وقتی متانول با بخار عمل اورده میشود, یا بهسازی میشود مخلوطی با میزان بالایی از گاز هیدروژن تولید میکند که میتواند در پیل سوختی به کار رود.اما همچنان مشکل تمیز نبودن این هیدروژن و آسیب به عملکرد پیل سوحتی از طریق از بین بردن کاتالیزورهای پوشش آن را دارد.این روش جدید میتواند در این مورد نیز بسیار کار آمد باشد.

منابع:wikipedia, phys.org

برگردان: سایت شیمی نوین