به نام خداوند یگانه

در عصر سنتی صنعت یا بعبارت ساده تر عصرآهن غالباً رسم بر این است که سازنده یک دستگاه تمام جوانب را از زوایای مختلف بسنجد تا در وسیله ساخته شده تمامی احتیاطهای فنی، کاربریهای مسمر ثمر و ابعاد صرفه جوییهای اقتصادی از قبیل سوخت و زمان در نظر گرفته شود. اما امروزه بدلایل مختلفی از جمله صحنه رقابت فشرده و تکنولوژی پیچیده و از همه مهمتر منابع محدود روبه اتمام کره خاکی این نیاز شکل جدی تری بخود گرفته است. دانش خودرو نیز از این امر مستثنی نبوده و همپای دیگر دانشهای و شاید کمی فراتر از آنها روزبروز بر رسالت و پیچیدگیهایش افزوده می شود و هر روزه شاهد ابداع و اختراع وسایل جدید در این علم هستیم که با بکارگیری این ابزار راه برای بهینه کردن مصرف و استفاده از وسایل نقلیه هموارتر خواهد شد.

·         چراغ هشدار دهنده

·         تعمیم سوخت الکلی

·         تعویض شمع و تنظیم سیستم برق خودرو و معاینه فنی

·         سوختی برای آینده:

سوختی برای آینده

مقدمه:

تا کنون مهمترین و معمول ترین سوخت جهت استفاده در سرویس های حمل و نقل، در بسیاری از کشورهای دنیا بنزین و گازوئیل بوده است. اتومبیل هایی که سوخت بنزین یا گازوئیل مصرف می کنند موجب انتشار مواد مضر و آلاینده با ترکیبات شیمیایی پیچیده می شوند که بنوبه خود، سبب تولید اوزون در سطح جو زمین می شوند. با آنکه تمهیدات مختلف جهت کاهش آلودگی اعم از برنامه های معاینه فنی خودورها یا نصب سیستم های کنترل انتشار آلاینده در اگزوز خودروها در کشورهای پیشرفته بکار گرفته شده، لیکن این برنامه ها در شهرهای بزرگ مسئله تولید اوزون و سایر آلاینده ها را به حد کافی کاهش نداده است.

وقتی سوختهای فسیلی با ترکیب هیدروکربورهای مختلف بطور کامل می سوزد یعنی با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود، تولید دی اکسید کربن و آب می کند. حال اگر عمل سوختن کامل نباشد، بجای مقداری از دی اکسید کربن (CO₂)، منواکسید کربن (CO) تولید می شود که ماده ای بسیار سمی است. همچنین برخی از اتمهای کربن موجود در ترکیبات سوخت به صورت نسوخته و ذرات جامد کربن روی هم انباشته شده، همراه هیدروکربورهای نسوخته از اگزوز اتومبیل ها به صورت دوده خارج می شود. هیدروکربورهای نسوخته نیز بهمراه مقادیری از سوخت که پیش از ورود به موتور تبخیر شده و به هوا منتشر می شود در مجاورت نور خورشید با ترکیبات اکسیدهای نیتروژن حاصل از عمل احتراق در موتور، ترکیب شده و تولید اوزون می کند. اوزون اگرچه در لایه استراتوسفر مانع از عبور نور ماورای بنفش و رسیدن آن به سمت زمین می شود لیکن در سطح زمین از مهمترین عوامل ایجاد مه دودشیمیایی(SMOG) و تولید کننده مواد سمی مضر برای سلامتی انسان محسوب می گردد.

در این راستا، سوختهای پاک دارای خواص فیزیکی و شیمیایی ذاتی هستند که آنها را پاک تر از بنزین با ساختار و ترکیبات فعلی در عمل احتراق می نماید. بطور کلی این سوختها حین احتراق، هیدروکربور (نسوخته) کمتری تولید کرده و مواد منتشره حاصل از احتراق آنها دارای فعالیت شیمیایی کمتر برای تشکیل اوزون و مواد سمی دیگر می باشند.  استفاده از سوختهای جایگزین، همچنین شدت افزایش و انباشته شدن دی اکسید کربن که سبب گرم شدن زمین می شود را نیز کاهش می دهد.

البته در بنزین اصلاح ساختار یافته (Reformulated Gasoline) انتشار مواد آلاینده تا 25 درصد نسبت به بنزین موجود کاهش می یابد لیکن با توجه به وابستگی آن به منابع نفت خام، بعنوان سوخت جایگزین مطرح نمی باشد.

به این ترتیب، معرفی سوختهای جایگزین و مطالعه در خصوص امکان استفاده و بهره برداری از سوختهای جایگزین، با توجه به ملاحظات فنی- اقتصادی و منابع گسترده موجود برخی از آنها در ایران، همچنین بدلیل روند روبه رشد مصرف سوختهای مایع هیدروکربوری در کشور که هر ساله موجب ضرر و زیان هنگفت به بودجه عمومی و محیط زیست کشور می شود از اهمیت قابل توجهی برخوردار شده است.

انواع سوختهای جایگزین:

بیودیزل:

 -الکتریسیته

- هیدروژن

- سوخت های الکلی:

- گاز طبیعی

- گاز مایع

- سوخت های سری P

الکتریسیته

استفاده از انرژی الکتریکی در خودروها موجب انتشار گازهای آلاینده محیط زیست نمی شود و از این لحاظ یکی از بهترین گزینه ها برای کاهش آلودگی در شهرهای آلوده محسوب می شود. اگرچه نیروگاههای تولید انرژی الکتریکی خود بطور بالقوه از منابع آلودگی محیط زیست محسوب می شوند، لیکن این منابع چون در مناطق دور از شهرها و مراکز تجمع ساخته شده، با روشهای کنترل موثر انتشار گازهای آلاینده می توان سطح انتشار را کاهش داد در نتیجه میزان مواد منتشره مضره در حد سطح مجاز غلظت آلاینده ها باقی مانده و مطابق استانداردهای بهداشتی خواهد بود.

خودروهای الکتریکی نیاز به موتورهای درونسوز نداشته لذا دارای اجزای مرتبط با سیستم سوخت و موتور احتراق نیستند. اجزای متشکله این خودروها شامل باتری، سیستم شارژر موتور، کنترلر و watering cart هست. برخلاف سایر سوختها، الکتریسیته بعنوان فرم اصلی انرژی در اتومبیل جهت ایجاد حرکت مورد استفاده قرار می گیرد. حال آنکه در سایر سوختها، این مواد بعنوان منابع ذخیره انرژی بکار رفته، که این انرژی در اثر احتراق آزاد شده و سبب ایجاد حرکت می شود.

درخودروهای برقی انرژی درباتری ها ( که امروزه عمدتاً از نوع اسیدی با قطبهای سرب هستند) ذخیره می شود و به مصرف موتور می رسد. دانسیته انرژی در باتری ها پایین بوده که این امر در قدرت، پیمایش و وزن خودرو تاثیر می گذارد. بطور مثال وزن سری باتری لازم جهت استفاده در یک خودرو چهارنفره حدود 500 کیلوگرم خواهد بود.

بسیاری از اتومبیل های برقی امروزه نیاز به 30 باتری دارند که هرچند سال یکبار باید تعویض شوند. به این ترتیب تحولات این صنعت کاملاً به تحولات در صنعت باتری بستگی دارد.

استفاده از باتری، نیازمند دقت کافی در حمل و نقل همچنین هنگام شارژ مجدد و دور ریز نمودن است. نشت اسید و شوک الکتریکی نیز در استفاده از آن باید مورد توجه قرار گیرد.

نتیجه: خودروهای برقی علی رغم برخورداری از مزایای فنی- اقتصادی، دارای محدودیت پیمایش و قدرت بوده و قیمت آنها نیز بالا می باشد.

 هیدروژن:

هیدروژن سبکترین گاز دو اتمی است که در شرایط فشار و دمای عادی به صورت گاز می باشد، برای استفاده از آن بعنوان سوخت نیاز به انرژی اولیه جهت استخراج آن از سایر منابع طبیعی و تبدیل آن به شکل مناسب جهت استفاده درموتورهای احتراق درونسوز یا پیل های سوختی هست.

روشهای تولید:

بسیاری از مواد شیمیایی و هیدروکربورها و آب دارای هیدروژن می باشند. بنابراین می توان هیدروژن را از بسیاری از منابع طبیعی از جمله گاز طبیعی، آب و متانول استخراج نمود.

 متداول ترین روش تولید هیدروژن، الکترولیز و تولید گاز سنتز از فرآیند ریفرمینگ بخار (steam reforming) و اکسیداسیون جزئی است. در حال حاضر بیشترین مقدار هیدروژن تولیدی از منابع سوخت های فسیلی و فرآیندهای پتروشیمیایی بعنوان محصول فرعی می باشد.

·                    ریفرمینگ گاز طبیعی توسط بخار آب :

این فرآیند گرماگیر و با استفاده از کاتالیست در دمای ºC850 ودر فشار bar25 مطابق معادلات شیمیایی زیر انجام می شود.

CH4+H2           CO + 3 H2

CO + H2           CO2 + H2O

منواکسیدکربن به روش جذب یا جداسازی از طریق غشای نیمه تراوا از محیط واکنش حذف می شود.

·                     اکسیداسیون جزئی هیدروکربورها:

اکسیداسیون جزئی هیدروکربورها واکنشی گرمازا همراه با تولید اکسیژن و بخار می باشد. مقدار اکسیژن و بخار آب به نحوی کنترل می گردد که پیشرفت واکنش بدون نیاز به افزایش انرژی خارجی می  باشد.

·                    روش PLASMA ARC PROCESS

در این روش  با  استفاده از الکتریسیته و به روش Plasma arc  از گاز طبیعی یا نفت در دمای

C º 1600 ، کربن خالص و هیدروژن تولید می شود. براساس این روش در یک واحد نیمه صنعتی می توان با استفاده از گاز طبیعی به میزان m3/hr 1000 و kw2100 برق، kg/hr500 کربن و m3/hr 2000 هیدروژن تولید نمود.

علاوه بر روشهای ذکر شده روشهای متعدد دیگری برای تولید هیدروژن از منابع گیاهی و نو شونده، یا روشهای بیولوژیک مانند فتوسنتز مصنوعی یا تخمیر توسط باکتریها وجود دارند که روشهای بیولوژیک از روشهای مورد توجه در تحقیقات اخیر به شمار می رود.

ویژگیهای فنی سوخت هیدروژن:

انرژی یک کیلوگرم هیدروژن معادل 5/3 لیتر نفت خام است.

نسبت انرژی به حجم هیدروژن 2/1نفت و2/1گاز طبیعی است.

آب دارای 2/11% جرمی هیدروژن است.

دمای سوختن هیدروژن در اتمسفر اکسیژن به 3000c می رسد.

محدوده انفجاری هیدروژن در غلظت59%- 13% است.

ضریب نفوذ هیدروژن cm3/s61/0 (چهار برابر متان) است. حد پایین انرژی حرارتی هیدروژن معادل kj/kg120 و نهایتاً اینکه محصول احتراق هیدروژن فقط آب است.

 هیدروژن بسیار اتشگیربوده و خطر انفجار آن مشابه بنزین است.

نتیجه: هیدروژن سوخت مناسب بدون آلودگی است. لیکن با تکنولوژی موجود، کارکرد و ذخیره سازی آن مشکل و گران است. ابداع روشهای تولید هیدروژن مایع با روشهای اقتصادی مقرون به صرفه، در آینده امکانپذیر خواهد بود.

تنظيم كننده:

عـلــــي بـهـمــئـي

Bahmaei@gmail.com

مرجع:

سازمان بهینه سازی مصرف سوخت