اختراع موتور کوچکی که گاز طبیعی را به هیدروژن تبدیل می کند

تیمی از مؤسسه‌ی فناوری جورجیا موفق به ساخت یک موتور چهارزمانه شده‌اند که قادر است در همه جا گاز طبیعی (متان) را به هیدروژن تبدیل کند و هم‌زمان دی‌اکسید کربن  تولید شده را جمع‌آوری کند. این اختراع ممکن است روزی بر سر لوله‌ی گاز خانه‌ها نصب شود که همچون شارژ کردن خودروهای الکتریکی، امکان پر کردن مخزن هیدروژن خودروهای هیدروژنی را بدون ایجاد آلایندگی در منازل فراهم می‌کند. این اختراع می‌تواند هم دوست‌داران محیط زیست و هم شرکت‌های نفتی را خشنود کند.

دستگاهی که محققان مؤسسه‌ی فناوری جورجیا موفق به ساخت آن شده‌اند، رآکتور پیستونی غشاء فعال CO2/H2 یا به اختصار CHAMP نام دارد. همچون موتورهای چهارزمانه‌ی معمول، همزمان با پایین رفتن پیستون، متان و بخار به داخل سیلندر مکش می‌شوند. سپس همزمان با بالا آمدن پیستون، مخلوط متراکم می‌شود و به دمای حدود ۴۰۰ درجه‌ی سلسیوس می‌رسد.

این عمل باعث یک واکنش کاتالیزی می‌شود که در آن بدون ایجاد جرقه یا انفجار، گاز هیدروژن (H2) و دی‌اکسید کربن‌ (CO2) تولید می‌شود. هیدروژن تولید شده توسط یک غشا جذب و از محفظه‌ی واکنش خارج می‌شود، در حالی که دی‌اکسید کربن‌ در یک بستر جاذب، جذب و در آن با یک کاتالیست ترکیب می‌شود. در چرخه‌ی دیگری گاز دی‌اکسید کربن‌ بعد از ورود دوباره به سیلندر، به شکل متراکم از آن خارج می‌شود که ساده‌تر قابل جمع‌آوری و خروج است.

این دستگاه برای هر مولکول متان، تنها از یک مولکول آب استفاده می‌کند که باعث می‌شود مصرف آب آن از فرآیند فعلی تولید هیدروژن کمتر باشد. علاوه‌براین، این واکنش در دمای نسبتا کمتری در مقایسه با دمای ۹۸۲ درجه‌ی سلسیوس لازم برای تبدیل صنعتی هیدروژن، قابل انجام است. بنابراین می‌توان آن را در مقیاس‌های خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار داد. آندری فدروف، استاد تکنولوژی مؤسسه‌ی فناوری جورجیا می‌گوید: «این رآکتور مدولار و مقیاس‌پذیر است، بنابراین می‌توان بر اساس میزان هیدروژن مورد نیاز، از یک یا چند مدول استفاده کرد.»

زیرساخت‌های هیدروژنی بسیار پیچیده و گران‌قیمت هستند، چرا که هیدروژن یک گاز فوق‌العاده اشتعال‌زا و انفجاری است. اما این دستگاه می‌تواند از مزیت استفاده از گاز طبیعی، که در هر خانه‌ای در دسترس است، بهره ببرد. فقط کافی است هنگام نیاز، نازل به خط گاز طبیعی وصل شود و از هیدروژن تولید شده به‌عنوان سوخت خودروهای سلول سوختی یا شارژ یک باتری سلول سوختی خانگی استفاده کرد. به عبارت دیگر، می‌توان این سیستم را معادلی برای پاوروال تسلا و شارژرهای خانگی در نظر گرفت، اما در فرم گاز هیدروژن. قبلا هوندا موفق به ساختن چنین دستگاهی شده بود؛ اما آن دستگاه بسیار بزرگ، پیچیده و گران‌قیمت بود.

اما این دستگاه هنوز کامل نیست. جمع‌آوری دی‌اکسید کربن یک مسئله است، اما مشکل مهم‌تر این است که هنوز راه‌کاری برای ذخیره‌ی دائمی آن وجود ندارد. همچنین محققان هنوز اعلام نکرده‌اند که بازده این سیستم از نظر ترمودینامیکی در تبدیل متان به هیدروژن چقدر است.

حتی اگر این دستگاه امروز در دسترس ما بود، تکنولوژی خودروهای الکتریکی از نظر بازده و آلایندگی آن را شکست می‌داد. و تا زمان توسعه‌ی نهایی و در نهایت عرضه‌ی مدل‌های تجاری دستگاه‌های CHAMP، به احتمال زیاد باتری‌های ارزان‌تر، با ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتر و با امکان شارژ سریع‌تر در دسترس خواهند بود. با این وجود، تکنولوژی هیدروژنی به پیشرفت خود ادامه خواهد داد؛ چرا که با توجه به توسعه‌ی روزافزون خودروهای الکتریکی، انرژی تجدیدپذیر ارزان‌تر و بهتر خواهد بود و در نتیجه در آینده‌ای نزدیک شاید دلیلی برای نیاز به نفت و گاز احساس نشود. بنابراین صنایع نفت و گاز واقعا نیاز دارند که این تکنولوژی به مرحله‌ی تجاری‌سازی برسد.