هواپیماهای برقی می‌توانند کربن دی اکسید آسمان را بمکند

سلول سوختی ابداعی محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) می‌تواند کاری کند که هواپیماهای الکتریکی کربن دی اکسید جو را از آسمان جدا کنند که 1700 وات‌ساعت در هر کیلوگرم از هر پیل سوختی تولید می‌کند.

به گزارش ایسنا، محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) یک سلول سوختی سدیم-هوا ساخته‌اند که می‌تواند حمل و نقل آینده از جمله هواپیماهای الکتریکی را تامین کند.

در بیانیه مطبوعاتی محققان آمده است که رویکرد پیل سوختی بر محدودیت‌های باتری‌های سدیم-هوا غلبه می‌کند، اما می‌تواند به ما کمک کند تا کربن را از سیاره‌مان پاک کنیم، چرا که هواپیماهای مجهز به پیل سوختی به پرواز درمی‌آیند.

با دور شدن جهان از سوخت‌های فسیلی، باتری‌ها به یکی از اجزای مهم انتقال انرژی تبدیل شده‌اند و انرژی‌های تجدیدپذیر را برای برآورده کردن تقاضای انرژی در زمانی که تولید کند شده است، ذخیره می‌کنند.

باتری‌های لیتیوم-یون بهترین راه حل ذخیره انرژی ما در حال حاضر هستند. با این حال، این باتری‌ها همچنین شروع به رسیدن به محدودیت‌های خود در مورد ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی کرده‌اند و باعث ایجاد گلوگاه در توسعه راه حل‌های کاملا الکتریکی برای حمل و نقل سنگین مانند هواپیما، کشتی و قطار شده‌اند.

باتری‌های سدیم-هوا یا فلز-هوا به عنوان جایگزینی برای کاربردهای با توان بالاتر معرفی شده‌اند. با این حال، بخش زیادی از این فناوری در مرحله توسعه است.

محققان MIT با همکاری مؤسسات دیگر در ایالات متحده، رویکرد کاملاً متفاوتی را برای استفاده از این شیمی برای تأمین انرژی یک پیل سوختی و غلبه بر محدودیت‌های طراحی باتری ارائه کردند.

سلول‌های سوختی به جای باتری‌ها

محققان می‌توانند چگالی انرژی بالاتری را با تغییر به طرح پیل سوختی به جای باتری، استخراج کنند.

محققان از دو لوله شیشه‌ای عمودی در یکی از نمونه‌های اولیه در مقیاس آزمایشگاهی استفاده کردند و آنها را با استفاده از یک الکترولیت سرامیکی جامد و یک الکترود هوای متخلخل از وسط به هم وصل کردند. یکی از لوله‌ها حاوی فلز سدیم مایع و دیگری حاوی هوا بود که اکسیژن را برای واکنش پیل سوختی فراهم می‌کرد.

واکنش این دو جزء باعث تولید اکسید سدیم و انرژی می‌شود. محققان با کنترل رطوبت جریان هوا با موفقیت 1700 وات‌ساعت در هر کیلوگرم از هر پشته پیل سوختی تولید کردند. در واقع، یک هواپیمای الکتریکی در عوض به چگالی انرژی 1000 وات‌ساعت بر کیلوگرم نیاز دارد.

برخلاف باتری که اجزای واکنش در آن داخل آن مهر و موم شده‌اند، اجزای پیل سوختی داخل و خارج می‌شوند. بنابراین، به جای شارژ مجدد پیل سوختی نیاز به سوخت‌گیری دارد که می‌تواند سریعتر به دست آید و آن را برای کاربردهای تجاری امکان‌پذیرتر می‌کند.

اگرچه انرژی متراکم است، اجزای واکنش سدیم و هوا هستند که رقیق اما محدود هستند. بنابراین حتی تعامل ناخواسته اجزا تنها منجر به یک واکنش کوچک می‌شود، بر خلاف جریان حرارتی که در باتری‌ها دیده می‌شود، و سلول سوختی را به گزینه‌ای بسیار امن‌تر تبدیل می‌کند.

پاکسازی انتشار کربن

اکسید سدیم آزاد شده توسط پیل سوختی به طور طبیعی با رطوبت موجود در هوا واکنش داده و هیدروکسید سدیم تولید می‌کند. این به نوبه خود با کربن دی اکسید موجود در اتمسفر واکنش می‌دهد تا کربنات سدیم و سپس بی‌کربنات سدیم یا جوش شیرین تشکیل دهد.

این نه تنها به حذف کربن دی اکسید از جو کمک می‌کند، بلکه بی‌کربنات سدیم می‌تواند به اقیانوس‌ها ختم شود و به اسید زدایی آنها کمک کند و تأثیر انتشار کربن را بیشتر نفی کند. این راه حل‌ها برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی پیشنهاد شده است، اما به دلیل هزینه‌های بالا عملی نشده است.

پیل‌های سوختی سدیم-هوا را می‌توان بدون دردسر زیاد مستقر کرد. «یت-مینگ چیانگ»( Yet-Ming Chiang)، استاد علوم و مهندسی مواد در MIT در بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: یک آبشار طبیعی از واکنش‌ها وجود دارد که وقتی با فلز سدیم شروع می‌کنید، اتفاق می‌افتد. همه اینها خود به خود است. ما مجبور نیستیم کاری انجام دهیم تا این اتفاق بیفتد.

برخلاف لیتیوم در باتری‌های امروزی که در مناطق خاصی موجود است و باید از طریق پردازش گسترده استخراج شود، سدیم را می‌توان از نمک در هر بخشی از جهان تامین کرد.

محققان قصد دارند سلول‌های سوختی به اندازه آجر بسازند تا پهپادهای بزرگ را به نمایش بگذارند تا مفهوم خود را به نمایش بگذارند و سپس برای نیرو دادن به هواپیماها و کشتی‌های بزرگ‌تر کار کنند.

یافته‌های این پژوهش در مجله Joule منتشر شده است.

*