พลังงานเคมีจากไฮโดรเจน
:: ไฮโดรเจนคืออะไร ::
ไฮโดรเจน (อังกฤษ:Hydrogen)(ละติน: hydrogenium: ไฮโดรเจเนียม) เป็นธาตุเคมี ในตารางธาตุมีสัญลักษณ์ H และมีเลขอะตอมเท่ากับ 1 ที่อุณหภูมิ (อุณหภูมิห้อง) และความดันมาตรฐาน (ความดันบรรยากาศ) ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่โมเลกุลมี 2 อะตอม ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ติดไฟง่าย ไม่เป็นโลหะ และมีอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด (วาเลนซ์อิเล็กตรอน) ตัวเดียว. ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุด และมีปรากฏในจักรวาลมากที่สุด, มีอยู่ในน้ำ ในสารประกอบอินทรีย์ทุกตัว และสิ่งมีชีวิตทุกชนิด. ไฮโดรเจนสามารถมีปฏิกิริยาได้กับธาตุอื่น ๆ ส่วนใหญ่ ดาวฤกษ์ ในช่วงหลัก ประกอบด้วยไฮโดรเจนในสถานะพลาสมาเป็นจำนวนมาก นอกจากนี้ ธาตุนี้ยังใช้ในการผลิตแอมโมเนีย ใช้เป็นก๊าซสำหรับยก ใช้เป็นเชื้อเพลิงทดแทน และเป็นพลังงานของเซลล์เชื้อเพลิง
ในห้องทดลอง ไฮโดรเจนได้มาจากปฏิกิริยาของกรดบนโลหะ เช่น สังกะสี ในการผลิตจำนวนมาก ไฮโดรเจนที่ใช้ในการค้าได้มาจากการย่อยก๊าซธรรมชาติ การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีที่ง่ายแต่สิ้นเปลือง ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังวิจัยเกี่ยวกับวิธีใหม่ ๆ ในการผลิตไฮโดรเจน เช่น การใช้สาหร่ายเขียว ส่วนอีกวิธีที่มีความหวังคือ การใช้ผลิตภัณฑ์จากชีวมวล เช่น กลูโคสหรือซอร์บิทอล ซึ่งสามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่ำโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวใหม่
:: ประวัติความเป็นมา ::
ไฮโดรเจนถูกรับรองว่ามีอยู่จริงครั้งแรกโดยเฮนรี คาเวนดิช ในปี ค.ศ. 1766 คาเฟนดิชค้นพบมันระหว่างทำการทดลองระหว่างกรดกับปรอท แต่เขาสันนิษฐานผิดพลาดว่าไฮโดรเจนนั้นเป็นสารประกอบของปรอท แต่เขาก็ยังสามารถบรรยายคุณสมบัติต่างๆของไฮโดรเจนได้อย่างถูกต้อง ต่อมา อองตวน ลาวัวซิเอได้ตั้งชื่อให้กับธาตุนี้ว่าไฮโดรเจน และพิสูจน์ว่าไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นส่วนประกอบของน้ำ ไฮโดรเจนถูกใช้ประโยชน์ครั้งแรกในการบรรจุในบอลลูน ไฮโดรเจนสามารถเตรียมได้จากการผสมกรดซัลฟิวริกกับเหล็ก ดิวเทอเรียมซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน ถูกค้นพบโดยแฮโรลด์ ซี. อูเรย์ (Harold C. Urey) โดยการกลั่นน้ำหลายๆครั้ง อูเรย์ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบของเขาในปี ค.ศ. 1934 ในปีเดียวกันนั้น มีการค้นพบทริเทียม ไอโซโทปชนิดที่สามของไฮโดรเจน
:: พลังงาน"ไฮโดรเจน"จากน้ำ ::
"น้ำ" พลังงานมหาศาล นอกจากจะใช้พลังงานสร้างกระแสไฟฟ้าแล้ว "ไฮโดรเจน" ในน้ำก็สามารถสกัดออกมาสร้างพลังงานได้อีกทางหนึ่ง
แนวความคิดของกระบวนการแยกโมเลกุลน้ำ (Water splitting reaction) เพื่อผลิตพลังงานไฮโดรเจน ได้ถูกพัฒนาขึ้นเนื่องมาจากความมั่นใจที่ว่า กระบวนการนี้สามารถเป็นแหล่งของพลังงานไฮโดรเจนที่ยั่งยืน (Sustainable energy) แหล่งของสารตั้งต้นที่นำมาใช้ในการผลิตพลังงานในกระบวนการนี้ซึ่งได้แก่ แหล่งน้ำ ก็เป็นแหล่งพลังงานที่สามารถหาได้อย่างไม่จำกัด นอกจากนี้พลังงานไฮโดรเจนที่ผลิตได้จากกระบวนการนี้ก็ไม่มีสารผลิตภัณฑ์อื่นที่ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมเจอปนอีกด้วย
แต่เนื่องจากปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่ดูดความร้อนสูงเพื่อใช้ในการผลิตไฮโดรเจน แหล่งของพลังงานความร้อนในอุดมคติที่สามารถจะนำมาใช้งานได้ต้องเป็นแหล่งที่สามารถหาได้ในปริมาณมากเพียงพอและไม่ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นแหล่งของพลังงานที่สามารถนำกลับมาใช้ได้ใหม่ (Renewable resource) มีความเหมาะสมเป็นอย่างมากสำหรับนำมาใช้งานในกระบวนแยกโมเลกุลน้ำนี้ นอกจากนี้การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ในการผลิตพลังงานไฮโดรเจนจากกระบวนการแยกโมเลกุลน้ำ ยังเป็นวิธีการที่น่าสนใจเป็นอย่างมากในมุมมองของการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี
นับจากอดีตจนถึงปัจจุบันนี้ ได้มีการพัฒนาระบบทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการดูดซับพลังงานรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์โดยสารเคมีที่เราเรียกกันว่าสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ซึ่งทำให้เกิดการเหนี่ยวนำให้เกิดปฏิกิริยาที่สามารถแยกโมเลกุลน้ำขึ้นได้ กระบวนบวนการผลิตไฮโดรเจนด้วยวิธีดังกล่าวโดยใช้สารกึ่งตัวนำทั้งแบบโลหะเดี่ยวและโลหะผสมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยานี้ มีข้อดีหลายประการได้แก่ ประหยัดค่าใช้จ่าย, ทนทานต่อการเสื่อมสภาพ, ไม่มีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม, และสามารถดำเนินการได้อย่างปลอดภัย
ไฮโดรเจน เป็นธาตุธาตุแรกในตารางธาตุ เป็นธาตุที่มีอะตอมเล็กที่สุด และเบาที่สุดด้วยเหตุนี้ไฮโดรเจน จึงเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในจักรวาล (ออกซิเจนเป็นธาตุที่มีมากสุดบนโลกแต่ทว่าโลกเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ในจักรวาล) นักดาราศาสตร์ต่างลงความเห็นว่าในจักรวาลมีไฮโดรเจนอยู่ถึง 90 ใน 100 แม้แต่ดวงอาทิตย์ก็มีไฮโดรเจนมากมายเช่นกัน
บนโลกแม้ว่าจะมีไฮโดรเจนน้อย ถึงกระนั้นก็ยังมีปนอยู่ในชั้นบรรยากาศถึง 3% อะตอมของไฮโดรเจนคล้ายกันของออกซิเจน คือ ในโมเลกุลหนึ่ง ๆ จะประกอบขึ้นด้วย 2 อะตอมแต่โมเลกุลของไฮโดรเจนเล็กกว่า และเล็กกว่าโมเลกุลของธาตุทุกชนิดด้วย
|
|
