هیدروژن و پیل های سوختی

هیدروژن و پیل های سوختی »  هیدروژن ساده ترین و فراوان ترین عنصر موجود در جهان است ، اتم هیدروژن فقط از یک پروتون و یک الکترون تشکیل شده است . هیدروژن سوخت بسیار مناسبی است و می توان با سوزاندن آن گرما تولید کرد یا آن که از آن در وسیله ای به نام پیل سوختی استفاده کرد و الکتریسیته به وجود آورد . در هر دو حالت ، محصول فرعی این واکنش شیمیایی آی است . در نتیجه هیدروژن سوخت کاملاً تمیز و بدون آلایندگی ای است .
هیدروژن منبع انرژی نیست چرا که برای تولید آن نیاز به انرژی داریم . اما بعضی از کارشناسان بر این باورند که در آینده می توان از این عنصر برای ذخیره و توزیع انرژی استفاده کرد .
منابع هیدروژن
هیدروژن یکی از فراوان ترین عنصر های موجود در کره ی زمین است ، اما همیشه به صورت ترکیب با دیگر مواد شیمیایی است . بنابراین پیش از استفاده از هیدروژن ، باید آن را از درون ترکیب هایش آزاد کنیم . بزرگ ترین منبع هیدروژن در طبیعت ، آب و هیدروژن در طبیعت ، آب و هیدروکربن هایی مانند گاز طبیعی است . از طریق تجزیه ی الکتریکی آب و گرما دادن به هیدروکربن ها ، در نبود اکسیژن ، می توانیم هیدروژن به دست آوریم . در فرایند تجزیه ی مواد زیستی نیز گاز هیدروژن تولید می شود .
سوزاندن هیدروژن
هیدروژن خیلی خوب می سوزد و مقدار زیادی گرما تولید می کند . در اثر واکنش هیدروژن با اکسیژن ، آب تولید می شود . امروزه مصرف هیدروژن بسیار کم است و بیش ترین مورد استفاده ی آن در موتور های موشکی مانند فضاپیما ها و شاتل های فضایی است . در این نوع موشک ها هیدروژن با اکسیژن ترکیب می شود و عمل احتراق روی می دهد و در این واکنش شیمیایی ، جریانی از گاز داغ از انتهای موشک خارج می شود . و نیروی پیشران را ایجاد می کند .
پیل های سوختی
پیل سوختی وسیله ای است که با ترکیب کردن هیدروژن و اکسیژن ، نیروی الکتریسیته تولید می کند . پیل سوختی شبیه یک باتری کار می کند و تا وقتی دارای اکسیژن و هیدروژن است ، می تواند الکتریسیته تولید کند .
یک پیل سوختی از دو الکترود تشکیل شده است که توسط ماده ای به نام الکترولیت از یکدیگر جدا شده اند . هیدروژن به درون یکی از الکترود ها فرستاده و در آن جا به الکترون و پروتون تجزیه می  شود . پروتون ها نیز از راه ماده ی الکترولیت ، به سوی الکترود دیگر می روند ، اما در مورد الکترون ها چنین چیزی روی نمی دهد . در عوض الکترون ها پیش از آن که به سوی الکترود دیگر رانده شوند ، پیل را ترک می کنند و پیش از آن که به الکترود دیگر بروند ، جریان الکتریسیته تولید می کنند . سپس در الکترود دیگر ، این الکترون ها با پروتون ها  و اکسیژن نرکیب می شوند و محصول این واکنش شیمیایی آب است .
کاربرد پیل های سوختی
پیل های سوختی وسایل پیچیده ای هستند که در ساخت آن ها از مواد کمیاب استفاده می شود و در نتیجه بسیار پر هزینه اند . امروزه استفاده از پیل های سوختی محدود است  . در بعضی از ساختمان ها برای فراهم کردن نیروی برق اضطراری ، از پیل های سوختی استفاده می کنند . هم چنین سالیان سال است که برای فراهم کردن نیروی برق فضاپیما ها از این نوع پیل ها استفاده می شود . بیش تر کارخانه های خودروسازی نیز خودروهای آزمایشی ای ساخته اند که نیروی محرکه ی موتور های الکتریکی آن ها را پیل های سوختی فراهم می کنند .

ساز و کار یک پیل سوختی هیدروزن

نظر شما در مورد هیدروزن و پیل سوختی چیست ؟ در بخش نظرات منتظریم !

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...

انواع منابع انرژی

منابع انرژی » قانون بقای انرژی می گوید که انرژی را نمی توان به وجود آورد . بنابراین انرژی لازم برای روشن کردن چراغ برق ، به حرکت درآوردن خودرو و راه اندازی دستگاه ها ، باید از جایی فراهم شود . ما این انرژی ها را از موادی که درون زمین کشف می کنیم ( سوخت های فسیلی )  و از محیط پیرامون خود به دست می آوریم .

منابع انرژی را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد : تجدیدپذیر و تجدید ناپذیر که در ادامه به برسی آن ها خواهیم پرداخت .

سوخت های فسیلی ( سنگواره ای )

نفت ، گاز و زغال سنگ در سنگ های پوسته ی زمین یافت می شوند . این سوخت ها به نام سوخت های فسیلی معروفند زیرا زمین شناسان معتقدند که سوخت های فسیلی از باقی مانده ی گیاهان و جانورانی تشکیل شده اند که میلیون ها سال پیش می زیسته اند و پس از مرگشان زیر لایه های رسوبی دفن شده اند و به صورت فسیل در آمده اند . انرژی موجود در سوخت های فسیلی از نوع انرژی شیمیایی است . وقتی این سوخت ها را می سوزانیم ، انرژی شیمیایی نهفته در درون آن ها به صورت انرژی انرژی های گرمایی و نورانی آزاد می شود . این گیاهان پیش از تاریخ ، با استفاده از انرژی خورشیدی رشد می کردند . جانوران نیز با خوردن این گیاهان و سایر جانوران ، رشد می کردند . بنابراین سرچشمه ی انرژی موجود در سوخت های فسیلی خورشید است . بین دو سوم تا سه چهارم انرژی مورد نیاز بیش تر کشور های جهان از راه سوزاندن سوخت های فسیلی فراهم می شود .

سوخت های فسیلی از سوخت های تجدید ناپذیر ( نو نشدنی ) هستند ، برای این که پس از مصرف جانشینی ندارند . بعد از به پایان رسیدن ذخیره ی سوخت های فسیلی ، ناچاریم برای فراهم کردن انرژی مورد نیازمان به سراغ دیگر منابع انرژی برویم . ( در ادامه بیش تر به این نوع منابع می پردازیم )

منابع انرژی تجدید پذیر ( نو شدنی )

منابع تجدید پذیر یا نو شدنی به آن دسته از منابع انرژی گفته می شود که پس از مصرف شدن دوباره از نو به وجود می آیند . انرژی آب و باد ، انرژی خورشیدی ، انرژی جریان های جزر و مد آب دریا ( موج ) و انرژی زیستی از جمله مهم ترین منابع انرژی تجدیدپذیر به شمار می آیند . این نوع انرژی ها پایان ناپذیر یا به عبارتی تجدیدپذیر هستند ، چرا که به طور طبیعی و پیوسته فراهم می شوند و به پایان نمی رسند . مثلاً اگر برای تولید گرما چوب یک درخت را بسوزانیم ، دوباره می توانیم درخت دیگری را جای درخت پیشین بکاریم . انرژی گرمایی و نورانی خورشید سرچشمه ی همه ی انرژی های تجدیدپذیر است . هم چنین سنگ های داغ اعماق زمین ، سرچشمه ی انرژی گرمایی زمین است . انرژی گرمایی زمین را نوعی انرژی تجدیدپذیر در نظر می گیرند ، زیرا سرچشمه ی بی کرانی از انرژی در درون زمین نهفته است .

انرژی تجدیدناپذیر هسته ای

انرژی هسته ای ، نوعی انرژی است که درون هسته ی اتم ها ذخیره شده است و تنها زمانی آزاد می شود که هسته ی اتم را بشکافیم ، سوخت هسته ای از سنگ های پوسته ی زمین به دست می آید . ( اورانیم و ... ) هر چند سوخت های هسته ای تجدیدپذیر نیستند اما مقدار انرژی آزاد شده شان چنان زیاد است که انرژی ذخیره شده در آن ها بسیار زیاد است . 

نمایی از پایگاه دریایی استخراج سوخت های فسیلی - ایران
نفت و گاز از سنگ های زیر بستر دریا استخراج می شوند.
همه ی انواع سوخت های فسیلی از منابع انرژی تجدیدناپذیر و پایان پذیر به شمار می روند .

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...

منابع انرژی

منابع انرژی

در یک نگاه کلى، منابع انرژى را مى توان به دو دستهٔ تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تقسیم بندى کرد که در ادامه به بررسى هریک خواهیم پرداخت.

منابع انرژى تجدید ناپذیر
انرژى هاى تجدید ناپذیر تنها یک بار قابلیت مصرف دارند و منابع آنها محدود است و پس از مدتى تمام مى شوند. سوخت هاى فسیلى و سوخت هاى هسته اى از جملهٔ این منابع محسوب مى شوند که در زیر به شرح آنها خواهیم پرداخت.
1- سوخت هاى فسیلى: میلیون ها سال طول مى کشد تا تنه هاى پوسیدهٔ درختان یا باقى ماندهٔجانوران در زیر گِل و لاى، تحت فشار و دماى مناسب، به زغال سنگ یا نفت و گاز تبدیل شود.از مجموعهٔ این مواد که سوخت هاى فسیلى نامیده مى شوند مى توان در صنایع پالایش و پتروشیمى هزاران مادهٔ مفید همچون قطران )از زغال سنگ(، بنزین، نفت سفید، نفت گاز، روغن موتور، رنگ،کود شیمیایى، دارو، پلاستیک و حتى غذا به دست آورد.مهم ترین مشکل سوخت هاى فسیلى آلوده کردن محیط زیست ناشى از تولید گازهاى مضراست که باعث گرم شدن زمین مى شوند. مقدار این سوخت ها، به ویژه نفت، محدود SO و 2 CO مانند 2است که با توجه به آهنگ مصرف کنونى و بنابر پیش بینى هاى انجام شده، در چند دههٔ آینده منابع آن به اتمام مى رسد.

2- سوخت هاى هسته اى: بر اثر شکسته شدن هستهٔ برخى اتم هاى سنگین مانند اورانیم و توریم انرژى بسیار زیادى آزاد مى شود. این واکنش را شکافت هسته اى مى نامند. همچنین بر اثر جوش خوردن هستهٔ اتم هاى سبک مانند هیدروژن و تشکیل هسته هاى اندکى سنگین تر چون هلیم نیز انرژى بسیار زیادى آزاد مى شود. این واکنش که همجوشى هسته اى نامیده مى شود همان واکنشى است که در ستارگان و خورشید صورت مى گیرد و انرژى لازم براى تداوم زندگى بر روى کرهٔ زمین را فراهم مى سازد. در واقع بیشتر انرژى مورد نیاز ما را واکنش هاى هسته اى با مصرف سوخت هاى هسته اى تأمین مى کنند. اکنون در بیشتر کشورهاى توسعه یافته و معدودى از کشورهاى در حال توسعه از شکافت هسته اى در راکتورها براى تولید انرژى الکتریکى و تأمین برق مورد نیاز استفاده مى شود. در این نیروگاه ها به جاى زغال سنگ، نفت، یا گاز از مادهٔ شکاف ت پذیرى مانند اورانیوم براى تولید گرما و به راه انداختن توربین بخار استفاده مى شود. انرژى حاصل از این واکنش هزاران بار بیشتر از انرژى ناشى از سوزاندن سوخت هاى فسیلى است.

در کشور ما ایران نیز از ده ها سال قبل برنامه هاى جامعى براى تولید انرژى الکتریکى از طریق نیروگاه هاى هسته اى انجام شده و ساخت و راه اندازى نیروگاه هسته اى بوشهر بخش کوچکى از این برنامه هاست. به جهت اهمیت راهبردى فناورى هاى نو و از جمله فناورى هسته اى در دنیاى امروز، مدیران ارشد کشور در دو دههٔ اخیر تمرکز بیشترى روى توسعهٔ این گونه فناورى ها گذاشته اند؛ به طورى که در زمینهٔ تولید سوخت هسته اى هم اینک بخشى از این برنامه ها به نتیجه رسیده و امروزه ایران در ردهٔ چند کشور معدودى است که فناورى غنى سازى اورانیوم را به جهت استفاده در مصالح صلح آمیز در اختیار دارد. نیروگاه هاى هسته اى آلاینده هایى چون SO2 و CO2 تولید نمى کنند و درنتیجه مسائل زیست محیطى ناشى از کار آنها کمتر از نیروگاه هاى با سوخت فسیلى است. البته بر اثر شکافت هسته اى مواد پسماند پرتوزایى تولید مى شود که با دور ریزى درست و ایمن آنها مى توان مسائل زیست محیطى ناشى از این نیروگاه ها را بسیار کم کرد. همچنین طراحى صحیح و مناسب نیروگاه هاى هسته اى خطر ناشى از حوادث آنها را کمینه مى سازد.

مسائل زیست محیطى ناشى از همجوشى هسته اى بسیار کمتر از واکنش شکافت هسته اى است. اما واکنش های آن در دماهاى بسیار زیاد انجام می شوند که طراحى نیروگاه هاى مربوطه را به فناورى بسیار پیشرفته اى نیازمند مى سازد. این امید وجود دارد که در آینده با غلبه بر مشکلات مربوط به طراحى این نیروگاه ها، همجوشى هسته اى علاوه بر ستارگان و خورشید، چشمهٔ مهم تولید انرژى بر روى زمین نیز بشود.

منابع انرژى تجدید پذیر
منابع انرژى تجدیدپذیر تمام نمى شوند و معمولاً آلودگى به وجود نمى آورند. برخى از این منابع عبارت اند از: انرژى خورشیدى، انرژى باد، انرژى امواج دریا، انرژى هیدروالکتریک (برق آبى)، انرژى زمین گرمایى، سوخت هاى گیاهى (بیومَس) که به اختصار به شرح هریک مى پردازیم.
1- انرژى خورشیدى: مقدار کل انرژى اى که زمین از خورشید دریافت مى کند بسیار زیاد و در هر ثانیه معادل انرژى حاصل از سوختن 3 میلیون تن بنزین است. تقریباً نیمى از این انرژى به سطح زمین و آب اقیانوس ها مى رسد و خاک و آب و هواى زمین را گرم مى کند و مقدارى از آن بر اثر فتوسنتز به صورت انرژى شیمیایى جذب گیاهان و سبب رشد آنها مى شود. از نور خورشید براى گرم کردن، خشک کردن و حتى آتش زدن از زمان هاى گذشته استفاده می شده ولى بهره بردارى به روش هاى جدید، در چند دههٔ اخیر معمول شده است.

راحت ترین راه بهره گیرى انرژى خورشیدى، در آب گرم کن هاى با دماى کم است. در این وسیله از صفحه هاى خورشیدى به عنوان وسیلهٔ تبدیل انرژى استفاده مى شود که نور خورشید را به انرژى گرمایى تبدیل مى کند . از این وسیله براى تولید آبِ گرم خانگى با دماى حدود
70 درجه ی سانتی گراد  استفاده مى شود. 
 از انرژى خورشیدى مى توان براى تولید دماهاى زیاد، تا 3000 درجه ی سانتی گراد و بالاتر، نیز بهره گرفت. در این مورد از آینه هاى مقعّر بزرگ (کورهٔ خورشیدى) براى متمرکزکردن پرتوهاى خورشید در ناحیه اى کوچک استفاده مى شود . این انرژى را مى توان براى تبدیل آب به بخار، براى به راه انداختن توربین یک نیروگاه برق به کار برد.
روش دیگر بهره گیرى از انرژى خورشیدى، به کاربردن سلول هاى خورشیدى است که نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل مى کنند. با اتصال تعداد زیادى از این سلول ها مى توان انرژى لازم را براى دستگاه هاى برقى، مخابراتى و ماهواره ها تأمین کرد. می توان از این سلول ها براى تولید انرژى الکتریکى در مقیاس کوچک و براى نواحى دورافتاده بهره گرفت. به تازگى با گسترش فنّاورى ساخت این سلول ها مى توان آنها را براى تولید برق در مقیاس بزرگ نیز به کار گرفت به طورى که یک نیروگاه تولید الکتریسیته از این نوع در شیراز به نام نیروگاه خورشیدى شیراز ساخته شده است. همچنین طرح هاى بسیارى براى خودروهاى سبک به مرحلهٔ اجرا درآمده است که در آنها با استفاده از انرژى خورشیدى حرکت ایجاد می شود . هم اکنون روشنایى برخى از پارک ها و حتى چراغ هاى احتیاط و راهنماى خیابان ها در شهرهاى مختلف ایران توسط سلول هاى خورشیدى تأمین مى گردد.

2-  انرژى باد: انرژی باد مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و تقریباً همیشه در دسترس است. بیشترین منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شده اند. بهره برداری از انرژی باد توسط توربین های بادی تفکری بسیار قدیمی است. کاربرد آسیاب های بادی پیش از قرن دهم میلادی در ایران معمول بوده و در قرن هیجدهم در اروپا گسترش فراوان داشته است. آسیاب های بادی با استفاده از انرژی باد سنگ های آسیاب را می چرخانند و بدین وسیله دانه های غلات را خرد می کنند. آسیاب های بادی خواه به صورت قدیمی یا به صورت جدید با اصول یکسانی کار می کنند. پره های آسیاب )توربین بادی( پیچش خاصی دارند که وقتی باد به آنها برخورد می کند آسیاب یا توربین را می چرخاند در این عمل سرعت باد کند می شود. و انرژی باد باعث چرخش توربین می گردد.

امروزه از انرژی باد بیشتر برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود . چرخش توربین باد باعث چرخش قسمت چرخندهٔ (روتور) مولد برق می شود و بدین ترتیب انرژی الکتریکی تولید می گردد.

براساس پیش بینی های صورت گرفته توسط انجمن جهانی انرژی باد، این انرژی تا سال 2020 قادر به تأمین دست کم ١2 % از برق مصرفی جهان خواهد بود. همچنین ظرفیت نصب شده جهانی در این سال به حداقل ١500 گیگاوات خواهد رسید. به طور کلی با استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع انرژی در درازمدت می توان دوبرابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی جهان را تأمین کرد.

از مزایای بهره برداری از انرژی باد می توان به موارد زیر اشاره کرد :

١ عدم نیاز توربین های بادی به سوخت، که در نتیجه از میزان مصرف سوخت های فسیلی
می کاهد.
2 رایگان بودن انرژی باد

3 کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژی های فسیلی
4 عدم نیاز به آب
5 کم بودن آلودگی زیست محیطی آن نسبت به سوخت های فسیلی

3- انرژى امواج دریا: افت و خیز امواج دریا را مى توان به کمک نوعى مبدل به انرژى لازم براى به کار انداختن مولدهاى برق تبدیل کرد. هرچند این کار مشکل است و تولید الکتریسیته در مقیاس بزرگ با این روش تا آینده اى نزدیک عملى نخواهد بود، ولى اکنون دستگاه هاى کوچکى از این نوع در تأمین انرژى لازم براى مردمانى به کار می رود که در جزیره ها زندگى مى کنند. در شکل زیر طرحى از چگونگى مهار انرژى امواج دریا را مشاهده می کنید .

4- انرژى برق آبی (هیدروالکتریک) : در مناطقی که بارش سالانهٔ آنها زیاد است و یا رودخانه های پرآبی دارند با ساخت سد و احداث دریاچه های مصنوعی آب را ذخیره می کنند تا هم مصرف آب در طول سال مدیریت شود و هم انرژی الکتریکی تولید شود . آب از دریچه های روی دیوارهٔ سد خارج می شود و در مسیر کانالی حرکت می کند که به همین منظور ساخته شده است.

با پایین آمدن آب از کانال انرژی پتانسیل گرانشی آن به انرژی جنبشی تبدیل می شود. در پایین کانال آب با برخورد به پره های توربین آنها را می چرخاند. چرخش توربین باعث چرخیدن قسمت چرخندهٔ مولد جریان برق (روتور) و تولید انرژی الکتریکی می شود .
نیروگاه های برق آبی از منبع انرژی ای استفاده می کنند که در صورت مصرف نشدن هدر می رود.
علاوه بر آن موجب آلودگی محیط زیست هم نمی شوند.
امروزه حدود 20 درصد از انرژی الکتریکی تولید شده در جهان برق آبی است. این سهم در ایران حدود ١0 درصد است.

5-  انرژى زمین گرمایى: انرژى زمین گرمایى به گرماى موجود در زیر سطح کرهٔ زمین گفته مى شود. مقدار این انرژى به مراتب بیشتر از مصرف فعلى انرژى در جهان است، ولى تولید آن، به جز در نواحى اى که به عنوان محل آتش فشان یا زلزله شناخته مى شوند، بسیار کم است.
براى استفاده از انرژى زمین گرمایى ، آب سرد را از طریق مجرایى به طرف صخره هاى داغ، در عمق زمین مى فرستند و آن را از طریق مجرایى دیگر به صورت آب گرم و یا بخار خارج مى کنند. از این آب گرم و یا بخار مى توان براى گرم کردن خانه ها و به کارانداختن یک توربین
بخار مولد برق استفاده کرد. انرژى زمین گرمایى درصورتى تجدید پذیر محسوب مى شود که انرژى برداشت شده بیش از انرژى اى که از طریق مرکز زمین(این انرژى، براثر واکنش هاى هسته اى به صورت پیوسته تولید مى شود) جایگزین مى شود نباشد و همچنین مقدار آب تزریق شده و آب خارج شده برابر باشد.

ج( زیست توده )بیومَس(: زیست توده همهٔ اجزای قابل تجزیهٔ زیستی از محصولات و زایدات کشاورزی، صنایع جنگلی و سایر صنایع مرتبط، فاضلاب ها و زباله های شهری و صنعتی است. تفالهٔ دانه های روغنی و کاه، ضایعات کشاورزی مانند نیشکر و چغندر، فضولات حیوانی، فاضلاب ها و زباله های شهری، پسماندهای صنایع غذایی،چوبی و جنگلی و … از جمله منابع زیست توده هستند.

انرژی زیست توده، بعد از انرژی خورشیدی بالاترین پتانسیل انرژی را دارد و در حال حاضر بالاترین سهم مصرف را در میان انرژی های تجدیدپذیر به خود اختصاص داده است. منابع انرژی حاصل از زیست توده می تواند مانند برق و یا حامل های انرژی چون سوخت های گازی و مایع نیاز بخش های مختلف جامعهٔ بشری را تأمین کند. منابع زیست توده حاوی ترکیبات آلی با مولکول های درشت زنجیرند. این مولکول ها در طی فرایندهای هضم )مدفون در زمین، داخل مخازن مخصوص و یا رها شده در طبیعت( شکسته و به مولکول های ساده تبدیل می شوند. محصول نهایی این فرایند،
گازی قابل اشتعال به نام بیوگاز است. این گاز شامل دوجزء عمدهٔ متان و دی اکسیدکربن است. این مخلوط گازی با ارزش حرارتی 40 تا ٧0 درصد ارزش حرارتی گاز طبیعی، می تواند به شکل های مختلف مورد استفاده قرار گیرد .

گفته می شود محمدبن حسین عاملی معروف به شیخ بهایی جزء نخستین کسانی بوده که از بیوگاز حاصل از زیست توده (فاضلاب حمام) استفاده کرده و آن را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است.
امروزه سوخت های زیستی مایع مانند بیواتانول، بیومتانول و بیودیزل در کشورهای زیادی مورد توجه و استفاده قرار گرفته اند. در کشور برزیل بخش زیادی از مصارف بنزین و گازوئیل با این سوخت های جدید جایگزین شده است و در برخی از کشورها از این سوخت به عنوان ماده افزودنی
به بنزین به عنوان جایگزین سرب برای بهسوزی و … استفاده می شود.

چ( هیدروژن:امکان دسترسی به انرژی های نو و تجدیدپذیر در هر زمان و مکانی وجود ندارد. می توان با استفاده از منابع انرژی نو و همین طور با استفاده از منابع انرژی فسیلی، هیدروژن تولید کرد. یکی از راه های تولید هیدروژن الکترولیز آب به وسیلهٔ جریان الکتریکی است. هیدروژن
از فراوان ترین عناصر موجود در سطح زمین است. هیدروژن تولید شده را به شکل های مختلفی مثل گاز یا مایع ذخیره و به محل مصرف منتقل می کنند. به این ترتیب هیدروژن به عنوان یک واسطه عمل می کند که انرژی را از منابع انرژی نو یا منابع انرژی فسیلی می گیرد و به محل مصرف می رساند. در محل مصرف، می توان هیدروژن را به عنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی سوزاند، یا از آن در پیل های سوختی استفاده کرد. پیل سوختی هیدروژن و اکسیژن را مصرف و با یک واکنش شیمیایی الکتریسیته تولید می کند . پیل های سوختی و موتورهای احتراقی که هیدروژن مصرف می کنند آلاینده های شیمیایی و آلودگی زیست محیطی ندارند، بنابراین هیدروژن را یک حامل انرژی پاک می نامند. در چنین پیل های سوختی برخلاف باموها مادامی که به آنها سوخت رسانده شوند از کار نمی افتند و نیاز به شارژ مجدد ندارند.

در این پیل سوختی، اتم های هیدروژن به یون های هیدروژن
و الکترون شکسته می شوند. یون های هیدروژن به غشاء نفوذ کرده و به
سمت کاتد می روند، اما الکترون ها نمی توانند از غشاء عبور کنند و مجبور
به طی مدار خارجی می شوند که همین باعث تولید جریان الکتریکی می شود.

 8 بهینه سازی مصرف انرژی
مصرف روز افزون و بى رویهٔ انرژى، به خصوص سوخت هاى فسیلى، مسایل و مشکلات فراوانى را براى انسان و محیط زیست کرهٔ زمین به وجود آورده است. لازم است این مشکلات را بشناسیم و روش هاى برطرف کردن آن مسایل و بهترین راه مصرف انرژى را بیابیم تا زندگى انسان دوام یابد و توسعهٔ پایدار صورت گیرد. هر گونه مصرف انرژى در نهایت صرف گرم کردن محیط مى شود. به عنوان مثال یک خودرو در حال حرکت را در نظر بگیرید. خودرو در اثر احتراق بنزین انرژى جنبشى کسب مى کند. در اثر احتراق موتور گرم مى شود. براى خنک کردن موتور از آبى استفاده مى شود که به دور آن مى گردد. آب نیز در رادیاتور به وسیلهٔ جریان هوا خنک مى شود و درنتیجه هوا را گرم مى کند. انرژى جنبشى نیز در اثر اصطکاک با سطح جاده و ترمز کردن به انرژى درونى تبدیل مى شود و صرف گرم کردن محیط مى شود. بنابراین در یک سفر که از یک محل به محل دیگرى مى رویم، بیشتر انرژى شیمیایى بنزین به روش های مختلف صرف گرم کردن محیط مى شود. به عنوان یک مثال دیگر، مى توان نیروگاهى را در نظر گرفت که با نوعی سوخت فسیلى کار مى کند. مقدارى از انرژى شیمیایى سوخت در این نیروگاه به انرژى الکتریکى تبدیل مى شود و بقیه به روشی که
گفته شد، صرف گرم کردن محیط مى شود. انرژى الکتریکى از طریق شبکهٔ سراسرى برق به خانه ها منتقل و در آنجا براى مقاصد گوناگون به کار گرفته مى شود. بخشى از این انرژى صرف روشنایى منزل مى شود. انرژى نورانى توسط دیوارها و وسیله هاى موجود در اتاق جذب و باعث گرم تر شدن فضاى اتاق مى شود. بخشی دیگر، صرف راه اندازى وسیله هاى برقى مى شود که در نهایت آنها نیز محیط را گرم می کنند. به این ترتیب می بینیم که در زنجیرهٔ تبدیل منابع انرژی همواره در انتها به نوعی از انرژی می رسیم ، که در عمل غیرقابل استفاده و موجب گرم شدن محیط است.

باید دانست که، با توجه به توسعهٔ اقتصادى کشورها، مصرف انرژى در حال افزایش است و برآورد شده است که در هر 10 سال مصرف انرژى دو برابر مى شود. اما چون بیشتر انرژى ها از سوخت هاى فسیلى تأمین مى شود که منابع محدودى دارند )پیش بینى مى شود که ذخیره هاى نفت خام تا چند دههٔ دیگر پایان مى یابد( مصرف سوخت هاى فسیلى انواع آلودگى ها را ب ه همراه مى آورد که به شدت براى شهروندان زیان آور
است و باعث تشدید بعضى بیمارى ها مى شود. صرفه جویى و استفادهٔ بهینه از منابع انرژى ضرورى است. با استفا دهٔ بیشتر از وسیله هاى نقلیهٔ عمومى، به جاى استفاده از وسایل شخصى، مى توان در جهت کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگى هوا گام برداشت. همچنین با عایق بندى بهتر ساختمان ها مى توان مصرف انرژى براى گرم و یا سرد کردن ساختمان ها را کاهش داد که در این باره در مطالب بعدی وبسایت فیزیک برای زندگی صحبت خواهیم کرد. مورد صرفه جویى در مصرف انرژى الکتریکى را نیز مورد بحث قرار مى دهیم.

با ما همراه باشید ... / فیزیک برای زندگی