روشی برای ذخیره‌سازی هیدروژن در زیر زمین؛ یک تیر و دو نشان

در سال‌های اخیر، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر به یک ضرورت تبدیل شده، اما چالش بزرگ اینجاست که چطور می‌توان انرژی تولیدشده را در زمان‌هایی که نیاز نداریم، ذخیره کرد تا در مواقع ضروری در دسترس باشد.

کد خبر: ۷۹۵۷۷۹

تاریخ: ۰۴ ارديبهشت ۱۴۰۴ - ۰۸:۴۶

به گزارش ایران اکونومیست، با گرم‌تر شدن زمین و افزایش آلودگی ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی، توجه جهانی به سمت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر جلب شده است. انرژی‌هایی مثل باد و خورشید برخلاف سوخت‌های هیدروکربنی، هم به محیط زیست آسیب نمی‌زنند و هم فرآیند تولید و بهره‌برداری از آن‌ها سریع‌تر و ساده‌تر است. اما یک مشکل مهم درباره این منابع وجود دارد؛ این‌که تولید آن‌ها وابسته به شرایط آب‌وهوایی است. مثلاً اگر چند روز متوالی هوا ابری یا بی‌باد باشد، میزان تولید برق خورشیدی یا بادی کاهش پیدا می‌کند. از طرف دیگر، در برخی فصل‌ها مثل زمستان تقاضا برای انرژی بیشتر می‌شود، در حالی که نرخ تولید این منابع در طول سال ثابت است. این ناهماهنگی میان تولید و مصرف، برنامه‌ریزی برای تأمین پایدار انرژی را با چالش مواجه کرده است.

برای رفع این مشکل، ذخیره‌سازی انرژی مازاد تولیدشده در دوران کم‌مصرف، راه‌حلی منطقی به نظر می‌رسد. یکی از روش‌های پیشنهادشده، ذخیره‌سازی گاز هیدروژن در زیر زمین است. این گاز می‌تواند انرژی را به‌صورت فشرده نگه دارد و در زمان لازم دوباره استفاده شود. علاوه بر این، برخلاف سوخت‌های فسیلی، هنگام مصرف، فقط بخار آب تولید می‌کند و به محیط آسیب نمی‌زند.

اما ذخیره‌سازی حجم زیادی از گاز هیدروژن روی سطح زمین به‌دلیل هزینه‌های بالا و مسائل ایمنی مشکل‌ساز است. از این‌رو، ذخیره‌سازی زیرزمینی این گاز در مخازن طبیعی که پیش‌تر محل ذخیره گازهای فسیلی بوده‌اند، راهی مطمئن‌تر و به‌صرفه‌تر محسوب می‌شود. با این‌حال، برای اینکه فشار درون این مخازن حفظ شود، باید بخشی از گاز در آن باقی بماند، که به آن «گاز پایه» گفته می‌شود.

در همین زمینه، گروهی از پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس شامل آرزو جعفری و سه همکار دیگر از دانشکده مهندسی شیمی این دانشگاه، با همکاری شرکت مهندسی و توسعه نفت، پژوهشی جالب را انجام داده اند. هدف آن‌ها بررسی تأثیر تزریق برخی گازها مانند دی‌اکسیدکربن و گاز ترش به‌عنوان گاز پایه در فرایند ذخیره‌سازی هیدروژن در زیر زمین بود. آن‌ها سعی کردند مشخص کنند که چگونه می‌توان با کمترین افت کیفیت، بهترین استفاده را از این روش داشت.

برای انجام این تحقیق، ابتدا یک مدل رایانه‌ای از یک مخزن گاز نیمه‌تخلیه ساخته شد. در این مدل ابتدا نیمی از گاز مخزن خارج شد، سپس به‌مدت یک سال گاز پایه به آن تزریق گردید. بعد از این مرحله، فرایند ذخیره‌سازی گاز هیدروژن در طول ۱۰ سال شبیه‌سازی شد. در این مدل، عوامل مختلفی مثل مدت زمان و سرعت تزریق و برداشت گاز، فاصله زمانی بین تزریق گاز پایه و شروع ذخیره‌سازی هیدروژن، و حتی نوع گاز پای (مثلاً درصد H2S که گازی سمی و خطرناک است) مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج این مطالعه نشان دادند هرچه سرعت تزریق و برداشت گاز هیدروژن بیشتر باشد، هم خلوص هیدروژن بالاتر می‌رود و هم مقدار بیشتری از آن قابل استفاده می‌شود. همچنین اگر مدت زمان برداشت بیشتر شود ولی از زمان تزریق بیشتر نشود، میزان برداشت بهبود می‌یابد، هرچند ممکن است خلوص کمی کاهش یابد.

در ادامه مشخص شد اگر گاز پایه مدت بیشتری در مخزن بماند و زمان مناسبی بین تزریق آن و شروع تزریق گاز هیدروژن در نظر گرفته شود، می‌توان به خلوص بالاتر و بازده بهتر دست یافت. نکته جالب این بود که حتی اگر ترکیب گاز پایه شامل مقدار زیادی گاز H2S باشد (بیش از ۷۰ درصد)، خلوص گاز هیدروژن برداشت‌شده تنها حدود ۲ درصد و بازده آن تنها حدود ۳ درصد کاهش می‌یابد. این یعنی حتی می‌توان از گازهای خطرناک نیز در نقش گاز پایه استفاده کرد.

یکی از مهم‌ترین دستاوردهای این پژوهش آن بود که می‌توان گازهای مضر و خطرناکی مثل گاز ترش را به جای رهاسازی در محیط، به‌صورت کنترل‌شده به زیر زمین تزریق کرد. با این روش، هم این گازهای آلاینده وارد هوا نمی‌شوند و هم به فرآیند ذخیره‌سازی هیدروژن کمک می‌کنند. درواقع با این کار می‌توان دو هدف را هم‌زمان پیش برد: کمک به محیط‌زیست و افزایش بهره‌وری در ذخیره‌سازی انرژی.

قابل ذکر است نتایج جالب و ارزشمند این پژوهش در نشریه «پژوهش‌های کاربردی مهندسی شیمی-پلیمر» منتشر شده که وابسته به دانشگاه تربیت مدرس است.