تولید سلول‌های سوختی ارزان قیمت برای خودروهای پاک

 به عقیده دانشمندانی که در این پروژه فعالیت داشته‌اند، این ماده را می‌توان در آینده بسیار نزدیک به عنوان جایگزینی برای پلاتینیوم گرانقیمت در خودروهای هیدروژنی به کار گرفت. دکتر جین دالت استاد شیمی و فیزیک دانشگاه لووان بلژیک و عضو فعال تحقیقاتی در انستیتو ملی تحقیقات علمی در کبک کانادا در گفتگوی اختصاصی با سیب ضمن تشریح گوشه‌های مختلفی از این پروژه از اهمیت توسعه آن و تجاری‌سازی سلول‌های سوختی ارزان قیمت صحبت کرده است.

به نظر می رسد شما روی نقطه ضعف توسعه دانش سلول‌های سوختی دست گذاشته‌اید و آن همان قیمت نسبتا بالای آن است که عمدتا به پلاتینیوم به کار رفته در ساختار سلول‌های سوختی بازمی‌گردد؟

دقیقا همین طور است. اگر دقت کنید در 2 دهه گذشته توجه به خودروهای پاک همچون خودروهای هیدروژنی که با استفاده از سلول‌های سوختی مخصوصی حرکت می‌کنند به شدت افزایش یافته است اما این پرسش مطرح می شود که چرا به رغم تحقیقات گسترده‌ای که روی این فناوری صورت گرفته است هنوز در ابتدای راه هستیم. تحقیقات ما نشان داده است که ساختار این سلول‌های سوختی همواره گرانقیمت بوده و با صرف هزینه‌های زیاد همراه است. به همین دلیل از 3 سال پیش کار روی مواد جایگزین برای پلاتینیوم را آغاز کردیم و به نظر می‌رسد به موفقیت‌های اولیه‌ای نیز دست یافته باشیم.

مبنای توسعه این فناوری چه چیزی بوده است؟

تحقیقات طولانی مدت ما در آزمایشگاه‌های مختلف نشان داد که می توان ماده کاتالیزوری بر پایه آهن تولید کرد که از نظر عملکرد دستکمی از پلاتینیوم نداشته باشد. در حقیقت این ماده می تواند همچون پلاتینیوم گرانقیمت واکنش‌های شیمیایی را در دل سلول‌های سوختی هیدروژنی تسریع ببخشد.

هدف نهایی شما از ارائه این فناوری نوین چه چیزی است؟

همان‌طور که گفتم در دو دهه گذشته دانش سلول‌های سوختی حرکت خوب و رو به جلویی داشته است اما به نظر می‌رسد که بنا به دلایلی این حرکت در مقاطع زمانی مختلف به گونه‌ای در جا زده است. زمانی که صحبت از حفظ و نگهداری از محیط زیست به میان می‌آید یا افزایش سطح آب اقیانوس‌ها به عنوان یکی از مهم‌ترین و نگران کننده‌ترین پیامدهای گرمایش زمین معرفی می‌شود، آنگاه باید نگاه جدی‌تری به نگهداری از محیط زیست داشت. خودروها از جمله عوامل برهم زننده پایداری در محیط زیست و طبیعت هستند پس ضروری است تا راهی تازه برای راه‌اندازی بی‌خطرتر آنها ارائه شود. سلول‌های سوختی را می‌توان کلید اصلی این جرقه دانست و زمانی که بتوان آنها را با هزینه‌ای بسیار کمتر از گذشته تولید کرد، این چرخه به خوبی حرکت کرده و هدف اصلی ما یعنی کمک به پایداری محیط زیست محقق می‌شود.

البته به نظر می‌رسد در گذشته نیز بر استفاده از آهن به عنوان پایه کاتالیزورها تاکید می‌شده است؟

دقیقا همین طور است. ابتدا به این نکته توجه کنید که در حال حاضر تنها در چند کشور خاص نظیر روسیه می‌توان مقادیر قابل‌‌توجهی پلاتینیوم پیدا کرد. از این رو قیمت این ماده آنقدر بالاست که بسیاری از شرکت‌ها و کارخانجات تمایلی به سرمایه‌گذاری‌های تحقیقاتی مبتنی بر آنها ندارند. از این رو از مدت‌ها پیش محققان به این نتیجه رسیده بودند که باید از کاتالیزورهای ارزان‌تری استفاده کرد. آهن و نیتروژن ازجمله این جایگزین‌ها بوده‌اند، اما مشکل اینجاست که این جایگزین‌ها در مقایسه با پلاتینیوم چندان قوی نبوده و نمی‌توانند به خوبی واکنش‌های شیمیایی مورد نظر در سلول‌های سوختی را تسریع ببخشند. از این رو ما فکر کردیم باید از آهن به عنوان مبنای تولید ماده کاتالیزوری اصلی و مورد نظر خود استفاده کنیم و نه خود کاتالیزور.

فکر می‌کنید این فناوری نوین از چه زمانی جنبه تجاری پیدا کند؟

معمولا تجاری‌سازی یک فناوری نوین به فاکتورهای گوناگونی بستگی دارد که یکی از آنها ارزانقیمت بودن آن است و این دقیقا همان چیزی است که در راس اهداف ما قرار داشته است با این حال می‌توان این امیدواری را داشت تا کمتر از 5 تا 7 سال آینده نسل جدید خودروهای هیدروژنی با استفاده از سلول‌های سوختی به حرکت در بیایند که از این نوع کاتالیزورهای جدید در ساختار آنها استفاده شده باشد. نکته اساسی این است که در آخرین بررسی‌های آزمایشگاهی معلوم شده است که این کاتالیزور جدید در مقایسه با کاتالیزورهای سنتی و ارزانقیمت (بجز پلاتینیوم) تا 30 برابر بازدهی کاری بهتری داشته است و این البته برای ما امیدوارکننده بوده است.

ساختار کلی این کاتالیزور به چه ترتیب است؟

در این فناوری نوین تلاش کرده‌ایم که جایگاه‌های بیشتری برای انجام بهتر و سریع‌تر واکنش‌های شیمیایی ایجاد کنیم که نتیجه کلی کار نیز بالا رفتن راندمان کاری سلول سوختی است. ما برای این منظور از تجربیات قبلی خود نیز استفاده کرده‌ایم. در آن بررسی‌ها از حرارت دادن کربن در حضور آمونیاک و آهن و در نهایت ایجاد شکاف‌هایی در ساختار کربنی بهره گرفته‌ایم تا بتوانیم عملکرد سلول سوختی را به میزان قابل توجهی افزایش دهیم و فکر می‌کنیم که در آینده نزدیک و با توجه به توسعه فناوری‌های مرتبط عملکرد این سلول‌ها بهتر نیز شود.

آیا در حال حاضر مشکل خاصی نیز در توسعه این فناوری دارید؟

بله. بررسی‌های آزمایشگاهی ما نشان داده‌اند که با گذشت زمان از راندمان کاری این کاتالیزور و در مجموعه سلول سوختی کاسته می‌شود. در حقیقت دوام و پایداری آن مساله‌ساز است و باید به دنبال راهی جهت افزایش آن شویم. از آن گذشته دقت کنید که ما با واکنش‌های سریعی همراه هستیم و از این رو زمان عنصری بسیار مهم است. ما فکر می‌کنیم که همزمان با توسعه این دانش باید دانش ساختار کلی سیستم احتراق در خودروهای هیدروژنی و انتقال اکسیژن نیز بهتر از گذشته شود. در آن موقع است که می‌توان نسبت به آینده تجاری‌سازی این فناوری نوین و رونق دادن به بازار تولید خودروهای پاک امیدوار بود.

دکتر جین دالت در یک نگاه

دکتر جین دالت ازجمله اساتید با سابقه دانشگاهی در بلژیک است که در سال‌های اخیر همکاری گسترده‌ای با انستیتو ملی تحقیقات علمی کبک کانادا داشته است. تحقیق و بررسی در زمینه فناوری سلول‌های سوختی و استفاده از مواد ارزان قیمت در ساختار آنها ازجمله اهداف این استاد شیمی و فیزیک بوده است. وی که مدرک دکتری خود را در رشته شیمی از دانشگاه لووان بلژیک دریافت کرده است از سال 1981 در این انستیتو مشغول به فعالیت‌های علمی و تحقیقاتی بوده است. دکتر دالت در 2 دهه گذشته نزدیک به 50 کتاب و مقاله برجسته و تاثیرگذار علمی در زمینه سلول‌های سوختی و شیوه‌های موثر در زمینه طراحی و تولید نسل جدید و ارزان‌‌قیمت‌تر آنها ارائه کرده است. بررسی کلی این آثار نشان‌دهنده این موضوع است که تلاش اصلی وی شناسایی کاتالیزورهای بهتر و ارزان قیمت‌تر برای به کارگیری در ساختار سلول‌های سوختی بوده است.

مهدی پیرگزی