قسمت چهارم – آیا ساخت خودروی آب سوز ممکن است؟

قسمت چهارم – آیا ساخت خودروی آب سوز ممکن است؟

سوخت موشک‌های ناسا و خودروهای هیدروژنی

باتوجه به اشاره‌ی مکرر مدعیان ساخت خودروهای آب‌سوز به استفاده از آب برای تأمین سوخت موشک، لازم است گریزی به «علم موشکی» بزنیم.

ناسا (و دیگر سازمان‌ها و شرکت‌های فضایی) برای فرستادن کاوشگر یا محموله به خارج از جو زمین، معمولا از هیدروژن مایع به‌عنوان سوخت در راکت‌های خود استفاده می‌کنند. جالب است بدانید آژانس‌های فضایی و شرکت‌های ساخت موشک (مانند اسپیس ایکس) از گاز طبیعی برای تولید هیدروژن مورد نیاز خود استفاده می‌کنند، نه آب (برای آشنایی با هیدروژن مایع می‌توانید نگاهی به این مطلب در سایت ناسا بیندازید).

شاتل فضایی

اما بیایید فرض کنیم هیدروژن مورد استفاده در راکت‌ها طی فرایند الکترولیز از آب به دست می‌آید. حتی در این صورت نیز نمی‌توان گفت شرکت‌های فضایی موفق به استخراج انرژی از آب شده‌اند. درواقع منبع اصلی انرژی که باعث می‌شود یک راکت از جو زمین خارج شود، الکتریسیته‌ای است که طی فرایند الکترولیز فرضی، از آن برای جداسازی اتم‌های آب استفاده شده است. در این میان، هیدروژن تنها نقش حامل انرژی را بر عهده دارد. باتوجه به روش به دست آمدن الکتریسیته‌ی مورد نیاز در فرایند الکترولیز، منبع اصلی انرژی موشک درواقع ممکن است هر سوختی (از جمله سوخت‌های فسیلی یا اتمی) باشد.

تمامی آنچه در بخش‌های بالا گفته شد، در مورد خودروهای هیدروژنی و پیل‌های سوختی نیز صادق است. منبع اصلی انرژی چنین خودروهایی، سوختی است که از آن برای تولید هیدروژن استفاده می‌شود، نه خود هیدروژن.

چرا هیدروژنِ زمینی، منبع انرژی نیست

اشاره‌ی مدعیان ساخت خودروهای آب‌سوز به پیل‌های سوختی و موشک‌های هیدروژنی، برای گمراه کردن مخاطب و ایجاد این تصور غلط است که هیدروژن نوعی منبع انرژی است.

هیدروژن مورد استفاده در پیل‌ها سوختی و راکت‌ها، تنها وسیله‌ای برای ذخیره‌ی انرژی است، نه منبع آن

از آن‌جایی که به دلیل وجود اکسیژن در اتمسفر زمین، نمی‌توان هیدروژن را به‌صورت آزاد در طبیعت پیدا و استخراج کرد؛ تمامی مولکول‌های H۲ مورد استفاده در مصارف مختلف، درواقع ساخته‌ی دست بشر هستند و با صرف مقادیر زیاد انرژی تولید شده‌اند. به همین دلیل، هیدروژن استفاده‌شده در پیل‌های سوختی و راکت‌ها، تنها وسیله‌ای برای ذخیره‌ی کوتاه‌مدت انرژی است، نه سوختی طبیعی یا منبعی از انرژی.

سیکل هیدروژن

در سیکل بالا منبع اصلی انرژی نور خورشید است. هیدروژن در این سیکل تنها نقش ذخیره و انتقال انرژی را بر عهده دارد و می‌توان آن را با باتری جایگزین کرد.

تنها در صورتی می‌توان روی واکنش هیدروژن و اکسیژن نام «منبع انرژی» گذاشت که مولکول‌های دواتمی هیدروژن استفاده‌شده در این واکنش، طی فرایندی جادویی به‌طور مستقیم از خارج از جو زمین آورده شده باشند (یعنی برای تولید آن‌ها انرژی صرف نشده باشد).

آیا ساخت خودروی آب سوز ممکن است؟

می‌توان خودرویی ساخت که در آن با الکترولیز آب و سپس با واکنش دادن مجدد هیدروژن و اکسیژن به‌دست‌آمده، انرژی مورد نیاز خودرو تأمین شود. تنها اشکال کار اینجا است که ابتدا باید یک موتور بزرگ‌تر و قوی‌تر برای تأمین انرژی مورد نیاز الکترولیز روی خودرو سوار کنید. به بیان دیگر، اگر همان انرژی را که قرار است صرف جداسازی هیدروژن از آب کنید، به‌صورت مستقیم برای به حرکت درآورن موتور مورد استفاده قرار دهید، خودروی به‌مراتب بهینه‌تری خواهید داشت.

برای درک بهتر اینکه چرا روشی که در قسمت بالا به آن اشاره شد، غیر عقلانی و حتی مضحک است، مثال ساده‌ی زیر را در نظر بگیرید:

فرض کنید نیروگاهی با صرف مقادیر عظیم سوخت فسیلی، الکتریسیته تولید کند (بازده اکثر نیروگاه‌های حرارتی متداول به زحمت به بالای ۴۰ درصد می‌رسد) و سپس از الکتریسیته‌ی به‌دست‌آمده توسط این نیروگاه، در آزمایشگاه برای تولید مصنوعی مولکول‌های آلکان استفاده شود (بازده چنین فرایندی نیز طبیعتا کمتر از صد درصد است). مشخص است که نمی‌توان سوخت هیدروکربنی مصنوعی تولیدشده در آزمایشگاه را مجددا در نیروگاه سوزاند و انتظار داشت انرژی بیشتری از آنچه صرف تولیدش کرده‌ایم، به ما باز پس بدهد. به بیان ساده، «قوانین ترمودینامیک را نمی‌توان دور زد».

سامانه بسته ترمودینامیکی

در خودروهای آب‌سوز با تجزیه‌ی آب و  ترکیب مجدد هیدروژن و اکسیژن، یک سیکل کامل طی می‌شود. بنا به قوانین فیزیک، نمی‌توان بدون وارد کردن انرژی، از یک سامانه‌ی بسته‌ی ترمودینامیکی تا ابد انرژی گرفت

نکته‌ی بسیار جالب و قابل تأمل دیگر در رابطه با خودروهای آب‌سوز این است که اکثر مخترعان چنین خودروهایی ادعا می‌کنند تنها آلاینده‌ی فرایند ابداعی آن‌ها، بخار آبی است که از اگزوز اتومبیل خارج می‌شود. حال این سؤال مطرح می‌شود که چرا آب خروجی از اگزوز مجددا به باک منتقل نمی‌شود تا خودروی آن‌ها کلا از سوخت‌گیری بی‌نیاز شود؟

نوابیغ چه کسانی هستند؟

در انتها بد نیست اشاره‌ای به نوابیغ (با نوابغ اشتباه نشود) داشته باشیم؛ اصطلاحی که عفت چهره گشا و دکتر عبادالله محمودیان، استاد ریاضیات دانشگاه صنعتی شریف و عضو انجمن ریاضی ایران، برای اشاره به کسانی که سعی در حل معماهای ناممکن یا رد قضایای اثبات‌شده دارند، به کار برده‌اند. نوابیغ به چند دسته تقسیم می‌شوند:

  • کسانی که سعی می‌کنند ناممکن‌ها را ممکن کنند: این افراد سعی دارند مسائل غیر ممکنی چون تثلیث زاویه، تربیع دایره، یا تضعیف مکعب را حل کنند یا موتور بدون سوخت بسازند.
  • مدعیان حل مسئله‌های حل‌نشده‌ی معروف: کسانی که تلاش می‌کنند مسئله‌های دشوار ریاضی از جمله فرضیه‌ی گلدباخ یا کشف فرمولی برای تولید اعداد اول را با روش‌های ابتدایی حل کنند.
  • بنیان‌گذاران نظریه‌های بی‌اساس: کسانی که می‌خواهند نظریه‌هایی که ربطی به ریاضیات ندارند (مانند وحدانیت خدا، نامرئی کردن فیزیکی اشیاء و …) را با استفاده از ریاضیات حل کنند.
  • ردکنندگان اصول: افرادی که تلاش دارند اصول ریاضی و فیزیک را نقض کنند. از جمله ادعاهای این افراد می‌توان به درست نبودن مقدار عدد پی یا نادرست بودن قانون اول ترمودینامیک اشاره کرد.

منابع :