هیدروژن میتواند راز دستیابی به انرژی نامحدود باشد و دانشمندان روش تازهای برای آزادسازی آن کشف کردهاند
پژوهشگران طی سالها تلاش کردهاند شیوهای کارآمدتر برای استخراج هیدروژن از آب پیدا کنند. ذخیرهسازی هیدروژن میتواند به تأمین توان شبکههای برق کمک کند. اکنون دانشمندان به فاضلاب بهعنوان منبعی قابل اتکا برای تولید هیدروژن روی آوردهاند و موفق شدهاند روشی پاکتر برای استخراج هیدروژن توسعه دهند. این روش جدید میتواند هزینههای انرژی هیدروژنی را به شکل چشمگیری کاهش دهد و در عین حال کاربری تازهای برای فاضلاب ایجاد کند.
هیدروژن بهعنوان یک سوخت سبز، سابقهای بیش از پانصد سال دارد. در سال ۱۵۲۰ میلادی، پزشک و کیمیاگر سوئیسی فیلیپوس آرئولوس پاراسلسوس برای نخستین بار این گاز ناشناخته را پس از حلکردن فلزات در اسید سولفوریک جمعآوری کرد. در میانه سده نوزدهم، فیزیکدان ولزی سر ویلیام گرو نخستین باتری هیدروژنی را توسعه داد؛ ابزاری که او آن را باتری گازی-ولتایی مینامید.
در دوران معاصر، دانشمندان با سرعت چشمگیری در تلاشند تا هیدروژن را به یک رقیب واقعی برای انرژی پاک تبدیل کنند؛ انرژیای که بتواند مکمل فناوریهای سبز روبهرشدی مانند انرژی بادی و خورشیدی باشد. در حالیکه مزایای خودروهای هیدروژنی روشن است (برای نمونه حذف زمان شارژ)، هیدروژن سبز میتواند صنایعی را پاکسازی کند که بهقدری پرمصرفاند که باتری بهتنهایی پاسخگوی آنها نیست، از جمله کشتیهای باری و هواپیماها، جایی که وزن بالای باتریها خود به مانعی جدی بدل میشود.
اما با وجود پنج قرن شناخت انسان از هیدروژنی، ما همچنان فاقد روشهایی قابل اعتماد و ارزان برای تولید هیدروژن سبز هستیم. هیدروژن در دستهبندیهای رنگی مختلف تعریف میشود که هیدروژن سبز تنها یکی از آنهاست. البته خود هیدروژن رنگی ندارد؛ این رنگ صرفاً اشاره به شیوهٔ تولید آن دارد. برای مثال، هیدروژن خاکستری با استفاده از متان یا زغالسنگ تولید میشود، در حالیکه هیدروژن آبی از گاز طبیعی بهدست میآید. هیدروژن سبز همانطور که از نامش پیداست با منابع تجدیدپذیر تولید میشود، بنابراین دوستدارترین نوع برای محیطزیست است. با این حال، گرانترین نوع نیز محسوب میشود و بنا بر برخی برآوردها، هزینه تولید آن ده برابر هیدروژن خاکستری است.
پاکسازی روش تولید هیدروژن تنها نیمی از مسیر است. فرایند الکترولیز که در آن اتمها از یکدیگر جدا شده و هیدروژن تولید میشود، معمولاً به آب بسیار خالص نیاز دارد. بنابراین حتی اگر هیدروژن، سبز باشد، باز هم از منابع گرانقدر آب شیرین استفاده میکند. پژوهشهای پیشین نتایج امیدوارکنندهای در استفاده از آب شور برای الکترولیز نشان دادهاند، اما یک مطالعه جدید که توسط دانشمندان دانشگاه پرینستون انجام شده، منبعی بیسابقه را برای تأمین صنعت سوخت هیدروژنی بررسی میکند: فاضلاب.
ژییونگ جیسون رن، نویسنده ارشد این مطالعه از دانشگاه پرینستون میگوید که زیرساخت تولید هیدروژن معمولاً با مصرف محلی آب شیرین رقابت میکند. او توضیح میدهد که هر شهر یک تأسیسات تصفیه فاضلاب دارد و این خود یک منبع گسترده و توزیعشده آب برای اقتصاد هیدروژنی بهشمار میآید.
در نگاه نخست، این ایده متناقض بهنظر میرسد؛ چگونه میتوان فاضلاب تصفیهشده را جایگزین آب فوقخالص کرد؟ برای قابل استفادهکردن فاضلاب، رن و تیمش به همان مادهای تکیه کردهاند که پاراسلسوس پنج قرن پیش برای کشف هیدروژن از آن بهره برد: اسید سولفوریک.
وقتی آب تصفیهشده از میان یک غشای تبادل پروتون، لایهای نازک که تنها یونهای مثبت هیدروژن را عبور میدهد، عبور میکند، رسوب کلسیم و منیزیم روی غشا شکل میگیرد. این رسوب بهسرعت دیواری جامد ایجاد کرده و عملکرد را بهطرز قابل توجهی کاهش میدهد. تیم رن دریافتند که اسیدیکردن اولیه آب باعث ایجاد منبعی غنی از پروتونها میشود که بر دیگر یونها غلبه میکنند، رسانش یونی را حفظ میکنند، جریان الکتریکی را پایدار نگه میدارند و امکان تولید پیوستهٔ هیدروژن را فراهم میسازند.
این افزوده ساده به فرایند الکترولیز چند پیامد مثبت ثانویه نیز دارد. نخست آنکه این روش پایداری الکترولایزر را از ۸ ساعت به ۳۰۰ ساعت افزایش داده است. دوم آنکه تیم رن دریافتند این تغییر باعث کاهش هزینهٔ تولید تا حدود ۴۷ درصد و کاهش شدت انرژی تا ۶۲ درصد شده؛ تغییراتی اساسی که اگر قرار است هیدروژن نقش مهمی در انقلاب انرژی سبز داشته باشد، ضرورت دارند. و اما درباره مقدار اضافی اسید، جای نگرانی نیست. رن میگوید که این اسید در چرخه قرار میگیرد و هرگز از سامانه خارج نمیشود.
با توجه به آنکه مراکز داده مبتنی بر هوش مصنوعی، دورههای طولانی خشکسالی و عوامل متعدد سایر منابع آب شیرین سیاره را تحت فشار قرار دادهاند، یافتن منابع جایگزین برای هیدروژن سبز به تلاشی حیاتی تبدیل شده است. اما با تلاش دانشمندان برای بهرهگیری از آب شور و آب تصفیهشده، ممکن است در آیندهای نهچندان دور، هیدروژن سبزِ پایدار و رقابتی از نظر هزینه، به نقطه اوج ۵۰۰ سال پژوهش علمی بدل شود.
