قیمت پر کردن گاز هیدروژن | شارژ هیدروژن در کوتاه ترین زمان

قیمت پر کردن گاز هیدروژن | شارژ هیدروژن در کوتاه ترین زمان

گاز هیدروژن چیست؟

گاز هیدروژن (H₂) ساده‌ترین، سبک‌ترین و فراوان‌ترین عنصر در جهان است. مولکول آن از دو اتم هیدروژن تشکیل شده و در شرایط استاندارد (دمای اتاق و فشار جو) به صورت گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بسیار قابل اشتعال وجود دارد.

مزایا و معایب گاز هیدروژن

مزایا:

نفوذ بالا و پخش سریع   → سبک‌ترین گاز موجود

نسبت به وزن، انرژی بیشتری از بنزین تولید می‌کند → بسیار انرژی‌زا

سوخت پاک → تنها محصول احتراق آن آب (H₂O) است

قابل تولید از منابع تجدیدپذیر (مثلاً الکترولیز آب با انرژی خورشیدی)

معایب:

بسیار فرار و انفجاری → نیاز به سیستم‌های ایمنی پیچیدهپهر گاز کاویان

ذخیره‌سازی سخت → به دلیل چگالی پایین، نیاز به فشرده‌سازی یا سرمایش شدید

هزینه تولید بالا (مخصوصاً برای هیدروژن سبز)

روش‌های تولید گاز هیدروژن

1. 1. اصلاح بخار متان (Steam Methane Reforming – SMR)

رایج‌ترین روش صنعتی، که از گاز طبیعی (متان) با بخار آب و گرما، هیدروژن تولید می‌کند. این روش مقرون‌به‌صرفه ولی آلاینده است (تولید CO₂ زیاد دارد.

2. 2. الکترولیز آب (Electrolysis)

در این روش، با عبور جریان برق از آب، آن را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌کنند. اگر برق از منابع تجدیدپذیر باشد، این روش تولید هیدروژن سبز محسوب می‌شود.

3. 3. گازی‌سازی زیست‌توده (Biomass Gasification)

با حرارت دادن مواد آلی در نبود اکسیژن، هیدروژن و گازهای دیگر تولید می‌شوند.

4. 4. تجزیه حرارتی آب (Thermolysis)

در دماهای بسیار بالا (بیش از 2000°C) آب به‌صورت مستقیم تجزیه می‌شود. این روش هنوز در مرحله‌ی تحقیقاتی است.

کاربردهای گاز هیدروژن

خودروهای سوخت سلولی → مانند با تولید برق از واکنش هیدروژن و اکسیژن

صنایع پتروشیمی → برای تولید آمونیاک (NH₃)، متانول، و هیدروکراکینگ نفت

پالایشگاه‌ها → برای حذف گوگرد از سوخت‌ها

صنایع فلزی → در فرآیندهای احیای فلزات (مثل فولاد بدون کربن)

فضانوردی و هوافضا → به‌عنوان سوخت موشک (هیدروژن مایع)

ذخیره‌سازی انرژی → به‌عنوان واسطه برای ذخیره انرژی الکتریکی مازاد از منابع تجدیدپذیر

گاز هیدروژن به‌عنوان سوخت آینده، پتانسیل بالایی برای کاهش آلایندگی و وابستگی به سوخت‌های فسیلی دارد. با وجود چالش‌هایی مثل هزینه و ایمنی، توسعه فناوری‌های نوین در زمینه تولید، ذخیره‌سازی و استفاده از هیدروژن، می‌تواند نقش مهمی در گذار به انرژی پاک و پایدار ایفا کند.

روش‌های تولید گاز هیدروژن

۱. اصلاح بخار متان (Steam Methane Reforming – SMR)

شرح: رایج‌ترین و اقتصادی‌ترین روش تولید هیدروژن صنعتی است. در این روش، متان (CH₄) که اصلی‌ترین جزء گاز طبیعی است، با بخار آب (H₂O) در دمای بالا (حدود 700-1100 درجه سانتی‌گراد) واکنش می‌دهد و هیدروژن و مونوکسید کربن تولید می‌شود:

CH4+H2O→CO+3H2

CH4​+H2​O→CO+3H2​

سپس گاز مونوکسید کربن در واکنش بعدی با بخار آب به دی‌اکسید کربن و هیدروژن تبدیل می‌شود (واکنش اصلاح آب-گاز):

CO+H2O→CO2+H2

CO+H2​O→CO2​+H2​

مزایا: ارزان و پرکاربرد

معایب: تولید CO₂ و آلودگی محیطی

۲. الکترولیز آب (Electrolysis)

شرح: با عبور جریان برق از آب، مولکول آب به گاز هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود:

2H2O→2H2+O2

2H2​O→2H2​+O2​

اگر برق مصرفی از منابع تجدیدپذیر (خورشیدی، بادی، هیدروالکتریک) باشد، به آن هیدروژن سبز می‌گویند.

مزایا: تولید بدون آلایندگی

معایب: هزینه برق بالا، نیاز به زیرساخت‌های الکترولیز

۳. گازی‌سازی زیست‌توده (Biomass Gasification)

شرح: مواد آلی (زیست‌توده) در شرایط دما و فشار کنترل شده و با کمبود اکسیژن حرارت داده می‌شوند. این فرآیند منجر به تولید یک مخلوط گازی شامل هیدروژن، مونوکسید کربن و دی‌اکسید کربن می‌شود که پس از پالایش، هیدروژن جداسازی می‌شود.

مزایا: استفاده از منابع تجدیدپذیر

معایب: پیچیدگی فناوری، نیاز به پالایش گسترده

۴. تجزیه حرارتی آب (Thermolysis)

شرح: در دماهای بسیار بالا (بیش از 2000 درجه سانتی‌گراد)، آب به طور مستقیم به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود.

این روش هنوز به‌طور صنعتی توسعه نیافته و بیشتر در حوزه تحقیقاتی است.

۵. تجزیه فوتوکاتالیستی (Photocatalytic Water Splitting)

شرح: با استفاده از نور خورشید و کاتالیزورهای خاص، آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود.

این روش هنوز در مراحل آزمایشگاهی است و به عنوان یک فناوری آینده‌دار در نظر گرفته می‌شود.

۶. تولید هیدروژن از نفت و زغال سنگ

در این روش‌ها، زغال سنگ یا نفت در فرآیندهای خاصی مثل کربن‌زدایی و گازی‌سازی به هیدروژن تبدیل می‌شوند.

از نظر زیست‌محیطی، آلایندگی بالایی دارند و کمتر مورد توجه فناوری‌های نوین هستند.

۷. بیولوژیکی (Biological Hydrogen Production)

استفاده از میکروارگانیسم‌ها مانند باکتری‌ها و جلبک‌ها که در شرایط خاص، هیدروژن تولید می‌کنند.

این روش هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است و برای تولید انبوه کاربردی نشده است.

گاز هیدروژن (H₂) به عنوان یکی از پاک‌ترین سوخت‌های موجود، در سال‌های اخیر توجه زیادی را در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر و حمل‌ونقل سبز به خود جلب کرده است. استفاده از هیدروژن به‌ویژه در خودروهای سوخت سلولی، صنایع شیمیایی، پالایشگاه‌ها و حتی ایستگاه‌های فضایی در حال گسترش است. یکی از جنبه‌های مهم در استفاده از این گاز، فرآیند شارژ (پر کردن) گاز هیدروژن و هزینه‌های مرتبط با آن است.

نحوه شارژ گاز هیدروژن

شارژ گاز هیدروژن معمولاً در یکی از دو حالت زیر انجام می‌شود:

شارژ در ایستگاه‌های هیدروژن (Hydrogen Refueling Stations):

برای خودروهای سوخت سلولی مانند Toyota Mirai یا Hyundai Nexo، ایستگاه‌های خاصی وجود دارند که هیدروژن را با فشار بالا (معمولاً 700 بار یا 10,000 psi) به مخزن خودرو تزریق می‌کنند.

    شارژ در مخازن صنعتی یا آزمایشگاهی:

در آزمایشگاه‌ها یا صنایع، هیدروژن معمولاً به صورت فشرده (Compressed) یا مایع (Liquid Hydrogen) در کپسول‌های فلزی مخصوص ذخیره و شارژ می‌شود. این مخازن باید شرایط ایمنی خاصی را داشته باشند به دلیل خاصیت انفجاری هیدروژن.

تجهیزات مورد نیاز برای شارژ

کمپرسورهای مخصوص گاز هیدروژن

مخازن تحت فشار بالا (Type IV معمولاً برای خودروها)

شیرهای ایمنی و تنظیم‌کننده فشار

سیستم‌های پایش نشت گاز

ایمنی در شارژ گاز هیدروژن

از آنجا که هیدروژن بسیار فرار و اشتعال‌پذیر است، رعایت نکات ایمنی در شارژ آن حیاتی است:

استفاده از سنسورهای نشت هیدروژن

تهویه مناسب در محل شارژ

استفاده از تجهیزات دارای استاندارد بین‌المللی (مثل ISO یا SAE)

قیمت گاز هیدروژن

قیمت گاز هیدروژن بسته به عوامل مختلفی متغیر است:

۱. قیمت در ایستگاه‌های سوخت‌گیری (برای خودرو):

در کشورهای پیشرفته مانند آمریکا، آلمان یا ژاپن: حدود 10 تا 16 دلار به ازای هر کیلوگرم هیدروژن

با هر کیلوگرم هیدروژن معمولاً یک خودروی سوخت سلولی می‌تواند حدود 100 کیلومتر حرکت کند.

۲. قیمت برای مصارف صنعتی:

هیدروژن فشرده (Compressed Hydrogen): حدود 20 تا 40 دلار به ازای هر کیلوگرم بسته به خلوص و فشار.

هیدروژن مایع (Liquid Hydrogen): قیمت بالاتری دارد، حدود 50 تا 100 دلار به ازای هر کیلوگرم به دلیل فرآیند سرمایش شدید.

۳. قیمت در ایران:

در ایران، به دلیل کمبود زیرساخت و تولید متمرکز هیدروژن، قیمت آن بالا و بیشتر وارداتی یا تولید آزمایشگاهی است. اگرچه پروژه‌هایی برای تولید هیدروژن سبز در حال بررسی است، اما فعلاً استفاده گسترده آن اقتصادی نیست.

شارژ گاز هیدروژن نیازمند زیرساخت فنی و ایمنی پیشرفته است. هرچند قیمت فعلی آن نسبت به سوخت‌های فسیلی بالاست، اما با گسترش فناوری و افزایش مقیاس تولید، انتظار می‌رود قیمت کاهش یابد. آینده‌ی هیدروژن به‌عنوان یک حامل انرژی پاک، وابسته به سیاست‌های دولتی، توسعه فناوری و استقبال بازار است.