آشنایی با ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن: یک راهنمای جامع

سوخت هیدروژنی با گذار جهان به منابع انرژی پاک‌تر، به جایگزینی قابل قبول تبدیل شده است. این مقاله در مورد ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن، چالش‌های پیش روی آنها و کاربردهای احتمالی آنها برای حمل و نقل صحبت می‌کند.

جایگاه سوخت‌گیری هیدروژن چیست؟

سلول‌های سوختی برای خودروهای برقی می‌توانند سوخت هیدروژن را از مکان‌های خاصی به نام ایستگاه‌های سوخت‌گیری هیدروژن (HRS) دریافت کنند. اگرچه این ایستگاه‌ها برای کار با هیدروژن ساخته شده‌اند، گازی که به اقدامات ایمنی خاص و ماشین‌آلات ویژه نیاز دارد، اما از نظر ظاهری شبیه به پمپ بنزین‌های معمولی هستند.

سیستم تولید یا تحویل هیدروژن، مخازن خنک‌کننده و ذخیره‌سازی و توزیع‌کننده‌ها، سه بخش اصلی یک ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن هستند. هیدروژن را می‌توان توسط لوله‌ها یا تریلرهای لوله‌ای به تأسیسات تحویل داد، یا می‌توان آن را در محل با استفاده از اصلاح متان با بخار یا الکترولیز تولید کرد.

اجزای اصلی یک ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن:

تجهیزات تولید یا انتقال هیدروژن به کشتی‌ها

واحدهای فشرده‌سازی برای افزایش فشار مخازن هیدروژن که هیدروژن با فشار بسیار بالا را ذخیره می‌کنند

l دیسپنسرهایی با نازل‌های مخصوص FCEV

عملکردهای ایمنی مانند یافتن نشتی و خاموش کردن در مواقع اضطراری

بزرگترین مشکل سوخت هیدروژن چیست؟

تجهیزات تولید یا انتقال هیدروژن به مخازن، واحدهای فشرده‌سازی برای افزایش فشار مخازن هیدروژن که هیدروژن با فشار بسیار بالا را ذخیره می‌کنند.dنازل‌های مخصوص FCEV با عملکردهای ایمنی مانند نشت‌یابی و خاموش کردن در مواقع اضطراری.هزینه تولید و بهره‌وری انرژی، مسائل اصلی پیش روی سوخت هیدروژنی هستند. امروزه، از اصلاح متان با بخار آب - که از گاز طبیعی استفاده می‌کند و انتشار کربن دارد - برای تولید بخش عمده‌ای از هیدروژن استفاده می‌شود. اگرچه «هیدروژن سبز» تولید شده توسط الکترولیز با انرژی تجدیدپذیر پاک‌تر است، اما هزینه آن هنوز بسیار بالاتر است.

اینها چالش‌های مهم‌تری هستند: حمل و نقل و ذخیره‌سازی: از آنجا که هیدروژن نسبت به حجم خود انرژی کمی دارد، فقط می‌توان آن را در فشارهای بالای اتمسفر فشرده یا خنک کرد که باعث پیچیدگی و هزینه می‌شود.

بهبود امکانات: ساخت تعداد زیادی جایگاه سوخت‌گیری به منابع زیادی نیاز دارد.

اتلاف توان: به دلیل اتلاف انرژی در طول تولید، کاهش و تبادل، سلول‌های سوختی ساخته شده از هیدروژن، عملکرد «از چاه تا چرخ» کمتری نسبت به خودروهای برقی مجهز به باتری دارند.

علیرغم این مشکلات، حمایت دولت و تحقیقات مداوم، پیشرفت‌های تکنولوژیکی را تحریک می‌کند که می‌تواند امکان‌سنجی اقتصادی هیدروژن را افزایش دهد.

آیا سوخت هیدروژنی بهتر از سوخت الکتریکی است؟

انتخاب بین خودروهای برقی باتری‌دار (BEV) و خودروهایی که با پیل‌های سوختی هیدروژنی کار می‌کنند دشوار است، زیرا بر اساس مشکل استفاده، هر نوع فناوری مزایای خاصی را ارائه می‌دهد.

خودروهای برقی باتری‌دار برای حمل و نقل روزمره و استفاده در شهرها مفیدتر هستند، در حالی که خودروهای هیدروژنی برای کاربردهایی که نیاز به مسافت‌های طولانی و سوخت‌گیری سریع دارند، مانند اتوبوس‌ها و کامیون‌ها، به خوبی کار می‌کنند.

چند ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن در جهان وجود دارد؟

بیش از ۱۰۰۰ ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن تا سال ۲۰۲۶ در سراسر جهان عملیاتی بوده‌اند و رشد زیادی در سال‌های آینده برنامه‌ریزی شده است. چندین حوزه خاص وجود دارد که در آنهاجایگاه سوخت‌گیری هیدروژناستجابجا شده:

با بیش از فیصدهاآسیا بازار را در دست می‌گیرد که عمدتاً شامل کشورهای کره جنوبی (بیش از ۱۰۰ ایستگاه) و ژاپن (بیش از ۱۶۰ ایستگاه) است. چینبازاربه سرعت در حال رشد است زیرا دولت اهداف بلندپروازانه‌ای دارد.

آلمان با نزدیک به ۱۰۰ ایستگاه، از اروپا که تقریباً ۲۰۰ ایستگاه دارد، جلوتر است. اتحادیه اروپا قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ این تعداد را به هزاران ایستگاه افزایش دهد.

بیش از ۸۰ ایستگاه در آمریکای شمالی، عمدتاً از کالیفرنیا، و چند ایستگاه دیگر در کانادا و منطقه شمال شرقی ایالات متحده، شعبه دارند.

با پیش‌بینی‌هایی که نشان می‌دهد تا سال ۲۰۳۰ ممکن است بیش از ۵۰۰۰ جایگاه سوخت هیدروژن در سراسر جهان وجود داشته باشد، ایالت‌ها در همه جا سیاست‌هایی را برای تقویت ساخت جایگاه‌های هیدروژن در دستور کار قرار داده‌اند.

چرا سوخت هیدروژن از بنزین بهتر است؟

در مقایسه با سوخت‌های سنتی ساخته شده از نفت، سوخت هیدروژنی مزایای مختلفی دارد:

آلودگی هوای صفر: پیل‌های سوختی هیدروژنی از انتشار گازهای مضر از اگزوز که باعث آلودگی هوا و افزایش دما می‌شوند، جلوگیری می‌کنند و این کار را تنها با تولید بخار آب به عنوان یک اثر جانبی انجام می‌دهند.

تقاضای انرژی سبز: با تولید هیدروژن با استفاده از منابع طبیعی مانند نور خورشید و انرژی باد، می‌توان یک چرخه انرژی پاک ایجاد کرد.

امنیت انرژی: تولید ملی هیدروژن از منابع مختلف، وابستگی به نفت خارجی را کاهش می‌دهد.

راندمان بالاتر: در مقایسه با وسایل نقلیه‌ای که با موتورهای بنزینی کار می‌کنند، وسایل نقلیه پیل سوختی تقریباً بین دو تا سه برابر راندمان بیشتری دارند.

عملکرد بی‌صدا: از آنجا که خودروهای هیدروژنی با راندمان بالا کار می‌کنند، آلودگی صوتی را در شهرها کاهش می‌دهند.

مزایای سبز هیدروژن، آن را به گزینه‌ای جذاب برای جایگزینی سوخت در تغییر به سمت حمل و نقل پاک‌تر تبدیل می‌کند، با این حال، مشکلات تولید و حمل و نقل هنوز هم وجود دارد.

ساخت یک ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن چقدر طول می‌کشد؟

جدول زمانی ساخت یک ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن به عوامل مختلفی مانند ابعاد ایستگاه، محل بهره‌برداری، قوانین صدور مجوز و اینکه آیا هیدروژن در محل تأمین یا تولید می‌شود، بستگی زیادی دارد.

برای تعداد کمتری از ایستگاه‌ها با اجزای پیش‌ساخته و طرح‌های کوچک‌تر، برنامه‌های معمول بین شش تا دوازده ماه هستند.

برای ایستگاه‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر با امکانات تولید در محل، این زمان ۱۲ تا ۲۴ ماه طول می‌کشد.

عواملی که در ادامه می‌آیند، عوامل مهمی هستند که بر زمان ساخت‌وساز تأثیر می‌گذارند: انتخاب محل و برنامه‌ریزی

تاییدیه‌ها و مجوزهای لازم

پیدا کردن و تهیه تجهیزات

ساخت و راه‌اندازی

ارزیابی‌های ایمنی و راه‌اندازی

به لطف پیشرفت‌های جدید در طراحی‌های ماژولار ایستگاه‌ها که جدول زمانی طراحی فشرده‌ای دارند، استقرار نیروگاه‌های هیدروژنی اکنون مؤثرتر است.

از 1 کیلوگرم هیدروژن چقدر برق تولید می‌شود؟

عملکرد سیستم پیل سوختی به مقدار الکتریسیته‌ای که می‌توان با استفاده از یک کیلوگرم هیدروژن تولید کرد بستگی دارد. در کاربردهای روزمره:

یک کیلوگرم هیدروژن می‌تواند یک وسیله نقلیه پیل سوختی معمولی را برای مسافتی حدود ۶۰ تا ۷۰ مایل (حدود ۱۰۰ تا ۱۱۱ کیلومتر) روشن نگه دارد.

یک کیلوگرم هیدروژن تقریباً 33.6 کیلووات ساعت انرژی دارد.

یک کیلوگرم هیدروژن می‌تواند حدود ۱۵ تا ۲۰ کیلووات ساعت برق تولید کند که پس از در نظر گرفتن قابلیت اطمینان پیل سوختی (معمولاً ۴۰ تا ۶۰ درصد) قابل استفاده است.

برای روشن شدن موضوع، یک خانوار معمولی آمریکایی روزانه نزدیک به سی کیلووات ساعت برق مصرف می‌کند که نشان می‌دهد در صورت تبدیل موفقیت‌آمیز، ۲ کیلوگرم هیدروژن می‌تواند یک خانه را برای یک روز روشن نگه دارد.

راندمان تبدیل انرژی:

وسایل نقلیه‌ای که با پیل‌های سوختی هیدروژنی کار می‌کنند، عموماً راندمان «از چاه تا چرخ» بین ۲۵ تا ۳۵ درصد دارند، در حالی که خودروهای الکتریکی باتری‌دار معمولاً عملکردی بین ۷۰ تا ۹۰ درصد دارند. اتلاف انرژی در تولید هیدروژن، کاهش فشار، حمل و نقل و تبدیل پیل سوختی از دلایل اصلی این تفاوت هستند.