از زنگ زدگی به ثروت: واکنشگرهای آهن سوئیسی هیدروژن را 10 برابر ارزان‌تر، ایمن‌تر و طولانی‌تر ذخیره می‌کنند
محققان دانشگاه ETH زوریخ راهی جدید برای استفاده از آهن به وفور موجود برای ذخیره‌سازی هیدروژن ابداع کرده‌اند. در سه مخزن استیل ضد زنگ با دیواره‌هایی به ضخامت فقط شش میلی‌متر، محققان نشان دادند که می‌توان ۱۰ مگاوات ساعت (MWh) هیدروژن را برای ماه‌ها بدون از دست دادن ظرفیت ذخیره‌سازی ذخیره کرد.
ذخیره‌سازی و بازیابی انرژی به علت فرآیند معمول زنگ زدن آهن اتفاق می‌افتد، که این اصل در باتری‌های آهن-هوا نیز استفاده می‌شود.
به منظور کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، دولت سوئیس برنامه‌ریزی کرده تا با استفاده از انرژی خورشیدی تا سال ۲۰۵۰، ۴۰ درصد از نیازهای انرژی خود را تأمین کند. مشکلی که با انرژی خورشیدی وجود دارد، به خصوص در سوئیس، این است که در تابستان میزان زیادی از آن وجود دارد و در زمستان که تقاضای انرژی بالاست، میزان آن کم است.
برای غلبه بر این مشکل، دولت برنامه دارد انرژی از مزارع بادی و برق آبی و همچنین کارخانه‌های گازی در صورت نیاز استفاده کند. با این حال، محققان ETH زوریخ ایده بهتری دارند و فکر می‌کنند هیدروژن می‌تواند پاسخگوی این نیاز باشد.
هیدروژن می‌تواند با تقسیم آب توسط انرژی خورشیدی در تابستان تولید شود و به عنوان سوخت تمیز در زمستان استفاده شود. اما ذخیره این گاز بسیار فرار و قابل اشتعال به مدت طولانی بسیار انرژی‌بر و پرمخاطره است. راه‌حل ایمن‌تر و ارزان‌تر این است که آن را به‌صورت زنگ ذخیره کنیم.
فناوری قرن نوزدهم
به رهبری وندلین استارک، پروفسور مواد کاربردی، محققان ETH زوریخ از فرآیند بخار_آهن، که از قرن نوزدهم شناخته شده است، برای ذخیره هیدروژن در آهن استفاده می‌کنند. گاز قابل اشتعال به یک واکنشگر استیل ضد زنگ پمپ می‌شود، جایی که سنگ معدن آهن در دمای ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شود.
در این دماها، هیدروژن اکسیژن را از اکسید آهن یا زنگ استخراج می‌کند و منجر به تشکیل آب و آهن می‌شود. این بسیار شبیه به شارژ یک باتری است، جایی که انرژی در آب و آهن ذخیره می‌شود و می‌توان آن را برای ماه‌ها بدون خسارت عمده نگهداری کرد.
در ماه‌های زمستان، زمانی که تقاضای انرژی بالا است، محققان می‌توانند بخار داغ را به این واکنشگرها هدایت کنند. این فرآیند را معکوس می‌کند و باعث ایجاد زنگ و آزاد شدن گاز هیدروژن می‌شود. هیدروژن می‌تواند برای تولید برق در یک سلول سوختی یا حتی به عنوان سوخت برای حرکت یک توربین استفاده شود.
گزینه ذخیره‌سازی ارزان
بزرگ‌ترین مزیت این گزینه ذخیره‌سازی این است که اجرای آن آسان و ارزان است. مواد استفاده شده در این فرآیند نیاز به هیچ پیش‌پردازشی ندارند و می‌توانند به راحتی در هر جای دنیا بدون افزایش قیمت بازار آهن مقیاس‌پذیر باشند.
ظرفیت‌های ذخیره‌سازی در محل می‌تواند به سادگی با اضافه کردن بیشتر واکنشگرها افزایش یابد و مواد می‌توانند به مدت سال‌ها از طریق چرخه‌های شارژ و تخلیه بازیافت شوند بدون نیاز به جایگزینی. محققان ETH سه واکنشگر در محوطه Hönggerberg به عنوان یک تاسیسات پایلوت ساخته‌اند تا این فناوری را نشان دهند.
این تاسیسات می‌تواند ۱۰ مگاوات ساعت هیدروژن ذخیره کند که وقتی به حالت اولیه تبدیل شود، می‌تواند ۴ تا ۶ مگاوات ساعت انرژی بدهد. نقطه ضعف این فناوری این است که تا ۶۰ درصد از انرژی در مراحل تبدیل از دست می‌رود.
با این حال، محققان مشتاق به آزمایش فناوری در مقیاس بزرگتر هستند و برنامه دارند ۴ گیگاوات ساعت (GWh) را در واکنشگرهایی با حجم ۲۰۰۰ متر مکعب ذخیره کنند. چنین تأسیساتی می‌تواند یک پنجم نیازهای انرژی زمستانی محوطه دانشگاه را با استفاده از انرژی ذخیره شده در ماه‌های تابستان تأمین کند.
استارک در انتشار خبری افزود: 'این کارخانه می‌تواند به جای یک مخزن کوچک در آلپ به عنوان یک تاسیسات ذخیره‌سازی انرژی فصلی استفاده شود. برای قرار دادن این موضوع در چشم‌انداز، این معادل حدود یک دهم ظرفیت نیروگاه برقی Nate de Drance است.'
یافته‌های این تحقیق نیز در مجله Sustainable Energy and Fuels منتشر شد.
