کاربردهای گاز هیدروژن همانند خودش فراوان اند. کاربردهای گاز هیدروژن را می توان به دو دسته ی عمده تقسیم بندی کرد. یکی از کاربردهای گاز هیدروژن این است که به عنوان خوراک صنایع مورد استفاده قرار می گیرد و دسته دیگر کاربردهای آن مربوط به ویژگی کربن زدایی آن می شود.
امروزه از گاز هیدروژن در صنایع مختلفی استفاده می شود. هیدروژن ماده ی خام بسیار از صنایع شیمیایی و همچنین عامل کاهنده در صنایع متالورژی است. هیدروژن یکی از مواد اساسی در تولید آمونیاک است و در نتیجه ماده ی اصلی در تولید کود، متانول و بسیاری از پلیمر هاست. می توان گفت 55% از هیدروژن تولید شده در جهان صرف تولید آمونیاک، 20% صرف استفاده در پالایشگاه ها و 10% صرف تولید متانول می شود.
مشخصات گاز هیدروژن
گاز هیدروژن با نماد شیمیایی H اولین عنصر در جدول تناوبی عناصر با عدد اتمی یک است. هیدروژن سبک ترین عنصر در جهان هستی شناخته شده است و البته فراوانترین عنصر نیز هست. می توان گفت که 75% از جرم جهان را هیدروژن تشکیل داده است. این عنصر در کره ی زمین نیز به وفور یافت می شود و بیش از دیگر عناصر می توان ان را در طبیعت پیدا کرد. گاز هیدروژن بسیار آتشگیر است.
کاربرد هیدروژن برای تولید آمونیاک
یکی از مهمترین ترکیبات هیدروژن و نیتروژن، آمونیاک است. طی فرآیندی هیدروژن و نیتروژن به صورت مستقیم از طریق سنتز با هم ترکیب می شوند. تقریباً 90% از آمونیاک تولید شده را، در فرایند تولید کود، به‌کار می‌برند؛ با این حال، کاربرد آمونیاک به این موضوع محدود نمی‌شود. از جمله کاربردهای مهم آمونیاک، می‌توان به تولید پلاستیک، الیاف، مواد محترقه و داروسازی اشاره کرد.
نقش اصلی در تولید این گاز، بر عهده هیدروژن است. گاز هیدروژن نیز، برای تولید، نیاز به مقدار مشخصی گاز متان طبیعی دارد. بر همین اساس، با تولید هرمقدار مشخص هیدروژن، مقداری گاز دی اکسید کربن نیز منتشر می‌شود. در سال‌های اخیر، این روش، به‌دلیل کمک به گرمایش زمین، محبوبیت کمتری دارد. به جای آن، از روشی مشابه الکترولیز آب کمک گرفته می‌شود. در این روش، الکترولیت‌های نیترید لیتیوم و یون‌های هیدروژن، نقش اصلی را ایفا می‌کنند.
کاربرد گاز هیدروژن در صنعت
از گاز هیدروژن در صنایع مختلفی کاربرد دارد و در ساخت آلیاژ های فلزی، تولید شیشه تخت، صنایع الکترونیک و … از هیدروژن استفاده می کنند. علاوه بر این، گاز هیدروژن در صنایعی همچون نفت، تولید نیمه هادی‌ها، هوافضا، تولید کود، جوشکاری، بازپخت و عملیات حرارت فلزی، داروسازی و ژنراتورهای نیروگاهی نیز کاربرد بسیار مهمی دارد. یکی از قابلیت های گاز هیدروژن در صنعت، به‌کارگیری آن برای تأمین انرژی لوازم دیجیتال همچون لپ‌تاپ، تبلت و تلفن‌های همراه است. این گاز در صنایع نظامی نیز، بسیار شناخته‌شده و کاربردی است. همچنین می‌توان برق اضطراری تمام بیمارستان‌ها و منازل را با آن تأمین کرد. جالب است بدانید که در سال‌های اخیر، گاز هیدروژن اهمیت زیادی برای کارخانه‌های دفع و بازیافت زباله پیدا کرده است؛ زیرا این گاز، منبع اصلی تولید برق برای این کارخانه‌ها است.
تولید سوخت
از هیدروژن در پالایشگاه های نفت خام نیز استفاده می کنند و در سال های اخیر مصرف هیدروژن در این زمینه بیشتر نیز شده است. هیدروژن در پالایشگاه ها در بخش تولید سوخت گازوئیل و دیزل و همچنین برای پالایش آلودگی هایی مانند گوگرد از این سوخت ها به کار می رود. هیدروژن را می‌توان به‌عنوان یک حامل مهم انرژی درنظر گرفت، نه منبع انرژی! این گاز بسیار کاربردی، قابلیت این را دارد که مقدار زیادی انرژی را تحویل دهد یا ذخیره کند. همچنین با کمک گاز هیدروژن، می‌توان از طریق انواع سلول‌های سوختی، جریان برق یا انرژی حرارتی تولید کرد.
جالب است بدانید که بازار خریدوفروش و تولید خودروهای سواری و کامیون‌های صنعتی که با سوخت هیدروژن کار می‌کنند، بسیار داغ است. در حال حاضر، صدها ایستگاه پمپ هیدروژن، در سراسر دنیا در حال احداث هستند تا بتوانند از این دسته خودروها پشتیبانی کنند.
هیدروژن در حمل و نقل
سوخت هیدروژنی به عنوان یک سوخت تجدید پذیر مورد توجه واقع شده است. با سوخت هیدروژنی تولید گاز کربن دی اکسید از اگزوز وسایل نقلیه متوقف می شود و به جای آن آب تولید می شود. همچنین بازده بالای سوخت هیدروژنی، آن را به گزینه ی مناسبی تبدیل کرده است.
هیدروژن به عنوان سوخت می تواند به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم به کار رود. برای به حرکت در آوردن وسایل نقلیه می توان از فناوری استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده کرد و یا ابتدا هیدروژن را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد و سپس از آن برای به حرکت در آوردن وسایل نقلیه استفاده کرد. فراوانی هیدروژن و سهولت به کارگیری آن، به گسترش کاربردهای گاز هیدروژن کمک کرده است.
هیدروژن، چگونه به تولید برق کمک می‌کند؟
برای اینکه به نقش هیدروژن در صنعت حمل‌و‌نقل پی ببریم، ابتدا باید با پیل سوختی آشنا شویم. این وسیله کاربردی، بین هیدروژن و اکسیژن هوا، یک واکنش الکتروشیمیایی برقرار می‌کند. با این واکنش، جریان برق تولید می‌شود که آن را می‌توان به‌عنوان نیرو محرکه در موتور انواع خودروها، در نظر گرفت. پیل‌های سوختی، راندمان بسیار بالایی دارند و تا دو برابر موتورهای احتراقی، می‌توانند نیروی مفید تولید کنند. شاید به همین دلیل است که بسیاری از شرکتهای تولیدی خودرو، در کامیون‌های صنعتی همچون Walmart، Whole Foods . Coca Cola، سوخت اصلی را گاز هیدروژن درنظر گرفته‌اند.
تولید ترکیبات مختلف شیمیایی
خوب است بدانید که علاوه بر آمونیاک، کاربرد هیدروژن در تولید انواع مواد شیمیایی، بسیار حائز اهمیت است. این گاز، در تولید انواع رنگ و برخی روغن‌های نباتی نیز کاربرد دارد. از جمله روغن‌های تولیدشده با کمک هیدروژن، می‌توان به مارگارین و کره اشاره کرد. برای تولید این روغن‌ها، از ترکیب روغن گیاهی با هیدروژن، کمک گرفته می‌شود. برخی دیگر از ترکیبات تولیدشده با کمک هیدروژن، عبارت‌اند از متیل الکل و پراکسید هیدروژن (نوعی ماده ضدعفونی‌کننده که یکی از کاربردهای آن، در سفیدکردن دندان‌ها است).
سایر کاربردهای گاز هیدروژن به‌صورت فهرست در زیر اشاره شده است:
- فرایندهای صنعتی، همچون هیدرو دی سولفوریزیشن
- فرایندهای نشت‌یابی
- لیزرهای شیمیایی
- در تولید تجهیزات آزمایشگاهی
- به‌عنوان گاز خنک‌کننده
جمع بندی
به‌طورکلی، گاز هیدروژن، یکی از گازهای حیاتی در دنیا است و بسیاری از کشورها برنامه‌هایی برای توسعه کاربردهای آن تدوین کرده‌اند. برای نمونه، کشور ایالات متحده آمریکا، براساس قانون سوخت جایگزین در سال 1992، این گاز را به‌عنوان سوخت اصلی پس از بنزین درنظر گرفته است. جایگاه‌های سوخت بسیاری نیز در کالیفرنیا ایجاد شده‌اند تا سوخت خودروهای هیدروژنی در آمریکا را تأمین کنند. هرچند هزینه تولید پیل‌های سوختی، بسیار بالا است؛ اما امید است با پیشرفت روزافزون تکنولوژی و حذف سوخت‌های فسیلی، این صنعت با رشد چشم‌گیری مواجه شود.
