دانشمندان موفق به تولید پایدار هیدروژن سبز با استفاده از قوطیهای نوشابه و آب دریا شدند
نویسنده: جوزف شاویت | منتشرشده در ۶ ژوئن ۲۰۲۵ – ساعت ۱۱:۰۷ به وقت PDT
مروری بر محتوای خبر
محققان MIT موفق به توسعه روشی جدید برای تولید هیدروژن پاک با استفاده از ضایعات آلومینیوم و آب دریا شدهاند؛ روشی که ردپای کربنی بسیار پایینی دارد و در عین حال کمهزینه و قابل گسترش است.
در این فرآیند نوآورانه، از پلتهای آلومینیومی بازیافتی (مانند قوطی نوشابه) استفاده میشود که با آب دریا واکنش داده و هیدروژن خالص تولید میکنند. تیم تحقیقاتی بر این باور است که اگر این روش در مقیاس وسیع پیادهسازی شود، میتوان هیدروژنی «سبز» با ردپای کربنی بسیار اندک تولید کرد.
معضل هیدروژن امروز
هیدروژن همواره بهعنوان سوخت آینده شناخته شده – تمیز، کارآمد و جایگزینی برای سوختهای فسیلی. با این حال، روشهای متداول تولید آن مانند «اصلاح متان با بخار» (steam methane reforming) بین ۹ تا ۱۲ کیلوگرم دیاکسیدکربن به ازای هر کیلوگرم هیدروژن تولید میکنند.
حتی روشهای بهاصطلاح «سبز» مانند الکترولیز با برق خورشیدی یا بادی نیز همچنان گران و پیچیدهاند. برای اینکه هیدروژن به یک راهحل اقلیمی واقعبینانه تبدیل شود، باید هم ارزانتر و هم پاکتر شود. اینجاست که واکنش آلومینیوم-آب (AWR) وارد میشود.
قدرت واکنش آلومینیوم و آب
آلومینیوم فراوانترین فلز در پوسته زمین است و چگالی انرژی بسیار بالایی دارد – تقریباً دو برابر دیزل و ۴۰ برابر باتریهای لیتیوم-یونی به ازای حجم. واکنش آن با آب، گاز هیدروژن، گرما و محصول جامدی به نام آلومینیوم اکسیهیدروکسید (بوهمیت) تولید میکند.
اما مشکلی وجود دارد: آلومینیوم در تماس با هوا، لایهای از اکسید تشکیل میدهد که مانع واکنش با آب میشود. تیم MIT با افزودن مقدار کمی آلیاژ گالیوم-ایندیوم به پلتهای آلومینیوم، این لایه را حذف کرده و آلومینیوم را فعال میکند. این فعالسازی امکان واکنش آسان با آب – حتی آب دریا – را فراهم میکند.
ارزیابی زیستمحیطی و اقتصادی
آلی کومبارگی، نویسنده اصلی این مطالعه میگوید: «سؤالهایی که در کنفرانسها با آن مواجه میشدیم این بود که ‘این فرآیند چقدر هزینه دارد؟’ و ‘ردپای کربنی آن چیست؟’»
پژوهشگران با استفاده از ابزار Earthster، تمام مراحل از تهیه آلومینیوم بازیافتی تا توزیع سوخت هیدروژن را از منظر چرخه عمر بررسی کردند.
نتایج نشان داد در بهترین سناریو، فقط ۱.۴۵ کیلوگرم دیاکسیدکربن به ازای هر کیلوگرم هیدروژن تولید میشود – تقریباً همتراز با هیدروژن تولیدشده از انرژیهای تجدیدپذیر و بسیار بهتر از روشهای فسیلی.
از نظر اقتصادی، این فرآیند نویدبخش است. هزینه تولید هیدروژن حدود ۹.۲۰ دلار به ازای هر کیلوگرم برآورد شده است – مشابه قیمت هیدروژن سبز فعلی. علاوه بر این، محصول جانبی این واکنش، بوهمیت، کاربردهایی در صنعت نیمههادیها دارد و فروش آن میتواند سودآوری را تا پنج برابر افزایش دهد.
مزایای ذخیرهسازی و حملونقل
یکی از مزیتهای کلیدی این روش، ایمنی و سادگی ذخیرهسازی و حملونقل هیدروژن است. بهجای انتقال گاز قابل اشتعال در مخازن تحت فشار، میتوان پلتهای آلومینیومی جامد را حمل کرد و در محل با آب دریا ترکیب نمود تا هیدروژن آزاد شود.
این ویژگی، بهویژه برای مناطق ساحلی و دورافتاده که زیرساختهای هیدروژنی ندارند، بسیار مفید است.
آلیاژ فعالکننده گالیوم-ایندیوم نیز قابلیت بازیافت دارد. در آب شور، این آلیاژ بهطور طبیعی جدا میشود و میتوان آن را دوباره استفاده کرد؛ موضوعی که پایداری فرآیند را افزایش و هزینهها را کاهش میدهد.
کاربردهای واقعی و آیندهنگرانه
تیم MIT نمونهای از راکتور هیدروژنی به اندازه یک بطری آب ساخته که با استفاده از پلتهای آلومینیوم و آب دریا، یک دوچرخه برقی را برای چند ساعت تأمین انرژی میکند. نسخههای آتی میتوانند برای قایقهای کوچک یا وسایل نقلیه زیرآبی نیز به کار گرفته شوند.
در کنار مصرف انرژی، حدود نیمی از انرژی آزادشده در قالب گرما و نیم دیگر بهصورت انرژی شیمیایی در هیدروژن ذخیره میشود. این موضوع بهرهوری فرآیند را در دمای اتاق ممکن میسازد.
پیامدهای زیستمحیطی و مقایسه با دیگر روشها
با توجه به حمایتهای دولتها از فناوریهای کربنپایین – نظیر بودجه ۴.۳ میلیارد دلاری EPA آمریکا در سال ۲۰۲۴ – این روش میتواند به یکی از گزینههای کلیدی برای آینده انرژی تبدیل شود.
بازیافت آلومینیوم فقط به ۵٪ انرژی لازم برای تولید اولیه آن نیاز دارد، که بهشدت در کاهش انتشار و هزینهها مؤثر است. استفاده از انرژی تجدیدپذیر و کامیونهای برقی یا هیدروژنی برای حملونقل میتواند انتشارهای بالادستی را تا ۲۵٪ کاهش دهد.
گامهای بعدی
این تیم در حال کار روی توسعه صنعتی این سیستم است و به دنبال کاربردهای واقعی در حملونقل، سامانههای انرژی مستقل و حتی وسایل دریایی است. این پژوهش با حمایت برنامه MIT Portugal انجام شده است.
اگر این روش در مقیاس بزرگ پذیرفته شود، میتواند چشمانداز انرژی جهان را دگرگون کرده و ضایعات آلومینیومی را به سوخت موتورهای آینده تبدیل کند.
منبع: MIT | منتشرشده در Cell Reports Sustainability
