به گزارش شبکه ایمینو، آمونیاک که مهمترین ترکیب هیدروژنه ازت بوده، در طبیعت از تجزیه مواد آلی ازت دار حاصل میگردد. این ماده، گازیست بیرنگ با مزه فوقالعاده تند و زننده که اشکآور و خفهکننده نیز میباشد. گاز آمونیاک از هوا سبکتر بوده، بهسهولت به مایع تبدیل میشود. آمونیاک در آب بسیار محلول است و در منهای 77,7 درجه سانتیگراد منجمد و در منهای 33,5 درجه سانتیگراد به جوش میآید.
خصوصیات شیمیایی و فیزیکی آمونیاک
به نقل از مجله اینترنتی الف؛ اسامی هم خانواده آمونیاک عبارتند از: آمونیاک مایع، محلول آمونیاک، هیدروکسید انهیدروز آمونیوم، hydrogen nitride، Trihydrogen nitride، Nitro-sil، Ammonia و آمونیاک خانگی. خواص این ماده به شرح زیر است:
آمونیاک به صورت یک گاز بی رنگ، بسیار تحریک کننده با بوی تند و خفه کننده انجام می شود.
آمونیاک در شکل خالص ، رطوبت ساز است و رطوبت را به راحتی جذب می کند.
این ماده داری خاصیت قلیایی و خورندگی است.
گاز آمونیاک به راحتی در آب حل می شود و تشکیل هیدروکسید آمونیوم ،که یک محلول سوزاننده و باز ضعیف است، را می دهد.
در نگهداری این ماده از ظروف استیل استفاده می شود که ممکن است در معرض حرارت زیاد منفجر شوند.
نقطه ذوب: -۷۷.۷۳ °C
نقطهجوش: -۳۳.۳۴ °C
چگالی: ۰.۷۳ kg/m³
دمای خود اشتعالی گاز آمونیاک ۶۵۱ درجه سانتیگراد است.
کاربردهای آمونیاک
آمونیاک در وزنه برداری: استفاده از آمونیاک به منظور افزایش نیاز بدن به اکسیژن حین انجام فعالیت های سنگین رایج است. میزان نیاز به اکسیژن در فعالیت بدنی شدید تا حد زیادی تغییر می کند، در واقع مصرف اکسیژن در شرایط عادی حدود ۱۵۰ سی سی در دقیقه است اما در شرایط فعالیت سنگین می تواند به ۱۰۰۰ سی سی در دقیقه نیز برسد. استنشاق کنترل شده محلول آمونیاک با فرمول شیمیایی NH3 باعث باز کردن عروق، جریان اکسیژن در خون می شود و بدین ترتیب باعث ایجاد رقبت شدید به آمونیاک در وزنه برداران ، جهت افزایش قوای جسمانی، میشود. استفاده از آمونیاک در ورزش های سنگین نظیر وزنه برداری و پاورلیفتینگ با افزایش سطح هوشیاری در مهار کردن وزنه به ورزشکار نیز کمک می کند.
کاربرد آمونیاک در صنعت کشاورزی: آمونیاک توسط کشاوران میتوان به استفاده از آن به عنوان کود نیتروژن برای کمک به تداوم تولید مواد غذایی اشاره کرد. برای اینکار معمولاً مخازن حاوی گاز مایع به طور مستقیم به خاک اعمال می شوند.
آمونیاک به عنوان ماده پاک کننده: با خرید آمونیاک و مخلوط کردن آن با قسمت های مساوی آب و مایع ظرفشویی ، قطعا می توانید بیشتر لکه های غیر روغنی را از بین ببرید!
رنگ موی بدون آمونیاک: آمونیاک در بسیاری از محصولات مصرفی از جمله لوازم آرایشی و بهداشتی، مورد استقاده قرار میگیرد. آمونیاک موجود در رنگ مو باعث جدا شدن کوتیکول های مو و نفوذ رنگ به داخل آن می شود. برای اینکار،محصول رنگ مو باید یک pH قلیایی داشته باشد چون موی انسان ذاتا دارای خاصیت اسیدی است. اغلب از آمونیاک برای افزایش pH و ساخت محلول قلیایی استفاده می کنند.
آمونیاک به عنوان عوامل بیماری زا: از آمونیاک برای ساخت دارو استفاده میشود. نکته مهم اینکه آمونیاک ممکن است برخی از میکروب ها مانند عوامل بیماری زای ناشی از غذا مانند سالمونلا و E. coli را از بین ببرد اما به عنوان ماده از بین برنده باکتری ها، ویروس ها و سایر عوامل بیماری زا شناخته نمی شود.
کاربردهای آمونیاک در صنعت: فروش آمونیاک در صنعت جهت تصفیه منابع آب و تولید پلاستیک، مواد منفجره، منسوجات، سموم دفع آفات، رنگها و سایر مواد شیمیایی نیز صورت می گیرد.
آمونیاک در خون: آمونیاک یک ترکیب زائد نیتروژن است که به طور معمول از طریق ادرار دفع می شود. هنگامی که کلیه ها یا کبد به درستی کار نمی کنند، سطح آمونیاک خون در اثر تجمع بیش از حد آمونیاک افزایش می یابد و باعث می شود مواد زائد در جریان خون باقی بمانند. و این تجمع باعث بیماری آنسفالوپاتی کبدی میشود.
از دیگر کاربردهای آمونیاک می توان به استفاده در یخ سازی، اسید نیتریک، سایر ترکیبات نیتروژنه، مواد منفجره و نگهداری از مواد غذایی اشاره کرد.
بخارات آمونیاک سمی
آمونیاک خورنده است. شدت اثر آمونیاک روی سلامتی، به مسیر قرار گرفتن در معرض آن، دوز و مدت زمان مواجهه بستگی دارد. قرار گرفتن در معرض غلظت بالای آمونیاک در هوا باعث سوختن فوری چشم، بینی، گلو و دستگاه تنفسی می شود و می تواند منجر به کوری، آسیب ریه یا مرگ شود.
آیا استنشاق آمونیاک می تواند به شما آسیب برساند؟
استنشاق آن می تواند دستگاه تنفسی را تحریک کرده و باعث سرفه، خس خس سینه و تنگی نفس شود. استنشاق آمونیاک همچنین می تواند باعث تحریک بینی و گلو شود. مردم می توانند بوی تند آمونیاک موجود در هوا را در حدود 5 قسمت آمونیاک در یک میلیون قسمت هوا (ppm) حس کنند.
آمونیاک در چه غلظتی خطرناک است؟
قرار گرفتن در معرض 300 قسمت در میلیون (ppm) بلافاصله برای زندگی و سلامتی خطرناک است. آمونیاک همچنین با غلظت های تقریبی 15 تا 28 درصد در هوا قابل اشتعال است. این ماده وقتی با روغن های روان کننده مخلوط شود، دامنه غلظت قابل اشتعال آن افزایش می یابد.
خطرات آتش سوزی و انفجار
به نقل از مجله اینترنتی رشد؛ آمونیاک، گازیست قابل اشتعال و حدود اشتعالش 16 تا 25 درصد حجمی گاز آمونیاک در هوا میباشد. حضور مواد نفتی و دیگر مواد قابل اشتعال ، خطر حریق را افزایش میدهند. محلول غلیظ اکسید نقره از محلول آمونیاک حل شده و تولید فولمینات نقره به فرمول CNOAg مینماید که ماده ای شدیداً قابل انفجار است. همچنین گاز آمونیاک در اثر حرارت از 400 درجه به بالا تجزیه شده، تولید هیدروژن مینماید.
طریقه نگهداری و حمل ونقل آمونیاک
آمونیاک باید در سیلندرهای استیل نگهداری و توسط تانکرهای مخصوص آن حمل گردد. باید سعی نمود از رسیدن تنشهای فیزیکی و حرارت زیاد به ظروف محتوی آمونیاک جلوگیری شود. انبار و محل نگهداری آن باید مقاوم در برابر حریق بوده و دارای سیستم اعلام و اطفاء اتوماتیک باشد. آمونیاک باید جدا از موادی چون گازهای اکسید کننده، کلر، برم، ید و اسیدها نگهداری شود.
هیدروژن سبز
کشورهای مختلف جهان درحال روی آوردن به هیدروژن سبز هستند و بسیاری از شرکتها، سرمایهگذاران، دولتها و دوستداران محیط زیست بر این باورند که هیدروژن سبز منبعی از انرژی است که میتواند به پایان بخشیدن به دوران فرمانروایی سوختهای فسیلی کمک کند و روند گرمایش زمین را کُند کند.
راشل فخری، تحلیلگر انرژی، هیدروژن سبز را بسیار امیدوارکننده میداند. کارشناسانی مانند فخری میگویند درحالیکه انرژی بادی و خورشیدی میتواند برق مورد نیاز خانهها و اتومبیلهای برقی را تأمین کند، هیدروژن سبز میتواند منبع انرژی ایدهآلی برای صنایعی مانند صنایع تولید بتن و فولاد باشد که به انرژی بالایی نیاز دارند و نیز بخشهایی از سیستم حملونقل که برقی کردن آنها دشواتر است.
اروپا که دارای اقتصادی است که قیمتهای بالای انرژی را متحمل میشود و بهشدت به گاز طبیعی روسیه وابسته است، با تأمین اعتبار برای ساخت کارخانههای الکترولیز و دیگر زیرساختهای هیدروژن، از هیدروژن سبز استقبال میکند. آلمان بیشترین سهم از بودجه مشوق انرژی پاک خود را به هیدروژن سبز اختصاص داده است. کمیسیون اروپا در مورد استراتژی هیدروژن خود اظهار داشت: این بخش گمشدهای از پازل اقتصاد کاملا بدون کربن است.
پتانسیل هیدروژن بهعنوان منبع سوخت، چندین دهه تبلیغ میشود؛ اما این فناوری هرگز در مقیاس بزرگ اجرا نشده است و بهگفتهی بدبینان، دلیل موجهی دارد. آنها استدلال میکنند پذیرش گستردهی فناوریهای هیدروژن سبز با موانع جدی روبهرو است که مهمترین آنها این است که سوختهای هیدروژن به منظور سبز بودن به انرژی تجدیدپذیر نیاز دارند. این امر نیازمند توسعهی وسیع تولید انرژی تجدیدپذیر برای تأمین انرژی کارخانههای الکترولیزی است که آب را به هیدروژن و اکسیژن میشکنند. در حال حاضر متداولترین راه برای تولید هیدروژن، ریفرمینگ گاز طبیعی است که همانطور که از نامش پیدا است، به سوخت فسیلی به شکل گاز طبیعی نیاز دارد که طی واکنش با بخار آب، هیدروژن، کربن مونوکسید و کربن دیاکسید تولید میکند. ازآنجایی که در این روش سنتی تولید هیدروژن از متان، کربن دیاکسید آزاد میشود، این روش با محیط زیست سازگار نیست و هیدروژنی که به این شیوه تولید میشود به هیدروژن خاکستری معروف است. علاوهبراین، صرفنظر از روش تولید، ذخیره و حمل هیدروژن بدون خط لوله دشوار است. در حال حاضر در برخی مناطق مانند آمریکا، هیدروژن از سوختهای دیگری مانند گاز طبیعی بسیار گرانتر است.
مایکل لیبریچ، تحلیلگر شرکت BNEF در بریتانیا و از بدبینان به هیدروژن سبز، میگوید: اگرچه هیدروژن سبز مزایای قابل توجهی دارد، معایب آن چشمگیر است. این سوخت در طبیعت وجود ندارد و جداسازی آن به انرژی نیاز دارد. ذخیرهسازی آن به فشردهسازی تا حد ۷۰۰ برابر فشار اتمسفر، سردسازی تا ۲۵۳- درجهی سانتیگراد و غیره نیاز دارد. هیدروژن سبز یکچهارم انرژی به ازای واحد حجم گاز طبیعی را حمل میکند، فلز را شکننده میکند، ازطریق کوچکترین درزها فرار میکند و واقعا قایل احتراق است.
برخی از پروژههای هیدروژن سبز از راه سختی به مشکلات این سوخت پی میبرند. اخیرا کنسرسیوم انرژی در استرالیا تأیید نظارتی زیستمحیطی را برای طرحی برای لولهکشی هیدروژن از مکانی نزدیک پیلبارا در غرب استرالیا به سنگاپور دریافت کرد. این طرح شامل ۱۶۰۰ توربین بادی بزرگ و ۳۰ مایل مربع پنلهای خورشیدی برای به کار انداختن یک کارخانه الکترولیز ۲۳ گیگاواتی تولید هیدروژن سبز بود. اما به گزارش ABC News، این مرکز که قطب انرژیهای تجدیدپذیر آسیا نام گرفته بود، پس از درک دشواریهای مایعسازی هیدروژن و حملونقل آن در چنین مسافتهای طولانی، رویهی خود را تغییر داد. این مرکز اکنون قصد دارد آمونیاک را که گاز پایدارتری است، صادر کند.
بن گالاگر، تحلیلگر انرژی که هیدروژن سبز را مطالعه میکند، میگوید این سوخت به قدری جدید است که آیندهی آن مشخص نیست. او میگوید: هیچ کس ایدهی درستی در مورد آیندهی آن ندارد. در این مرحله همه چیز در حد حدس و گمان است. درحالحاضر دشوار است که آن را بهعنوان جایگزین نفت ببینیم. اگرچه میتواند بخش مهمی از ترکیب سوخت کلی را تشکیل دهد.
اما از نظر طرفداران، چشمانداز هیدروژن سبز به قدری وسوسهانگیز است که نمیتوان آن را نادیده گرفت. اگر با انرژی تجدیدپذیر تولید شود، عاری از کربن دیاکسید است. علاوهبراین، استفاده از انرژی تجدیدپذیر برای ایجاد سوخت میتواند به حل مشکل تناوبی بودن انرژیهای بادی و خورشیدی کمک کند. وقتی تقاضا برای انرژی تجدیدپذیر کم باشد، میتوان از برق اضافه برای تأمین انرژی الکترولیز مورد نیاز برای جدا کردن مولکولهای هیدروژن و اکسیژن استفاده کرد. سپس میتوان هیدروژن حاصل را ذخیره کرد یا با خط لوله به مناطق دیگر فرستاد.
در سراسر اروپا، خاورمیانه و آسیا کشورها و شرکتهای بیشتری در حال روی آوردن به این سوخت هستند. آمریکا از این نظر عقب است؛ زیرا دیگر در این کشور اشکال انرژی مانند گاز طبیعی بسیار ارزانتر هستند؛ اما چندین پروژه از جمله نیروگاه هیدروژن سبز در یوتا درحال اجرا است که جایگزین دو نیروگاه خواهد شد که زغالسنگ میسوزانند و برق کالیفرنیای جنوبی و نوادا و خود یوتا را تأمین خواهد کرد.
در ژاپن، نیروگاه جدید هیدروژن سبز که از بزرگترین نیروگاهها در جهان است، بهطور عمد در نزدیکی فوکوشیما، محل فاجعهی هستهای سال ۲۰۱۱ بنا شد. از این نیروگاه برای تأمین انرژی سلولهای سوختی در وسایل نقلیه مکانهای ثابت استفاده خواهد شد.
اروپا با افزایش مشوقهای کربنزدایی، در حال سرمایهگذاری روی هیدروژن سبز است. اتحادیه اروپا اخیرا پیشنویس استراتژی گسترش هیدروژن سبز در مقیاس بزرگ را تهیه کرده است؛ اگرچه هنوز بهطور رسمی تصویب نشده است. اتحادیهی اروپا در برنامهی انرژی پاک خود، بودجهای برای فناوریهای الکترولیزگر هیدروژن سبز و حمل و ذخیرهسازی آن در نظر گرفته است. به گفتهی کمیسیون اروپا: استفادهی گسترده و سریع از هیدروژن پاک کلید دستیابی به اهداف اقلیمی بلندپروازنهی اتحادیه اروپا است.
خاورمیانه که ارزانترین انرژیهای بادی و خورشیدی جهان را دارد، میخواهد نقش عمدهای در هیدروژن سبز داشته باشد. توماس کوخ بلانک از مؤسسه راکی مانتین آمریکا، میگوید: عربستان سعودی به انرژی تجدیدپذیر بسیار ارزان دسترسی دارد. خورشید هر روز بهطور کاملا قابل اعتمادی میتابد و باد هر شب با اطمینان کامل میوزد.
شرکت BNEF تخمین میزند که برای تولید هیدروژن سبز کافی که یکچهارم از نیاز انرژی جهان را تأمین کند، به مقدار برقی بیش از آنچه هماکنون در جهان از تمامی منابع تولید میشود، نیاز است و برای تولید و ذخیرهسازی آن ۱۱ تریلیون دلار باید سرمایهگذاری کرد. به همین دلیل است که تمرکز فعلی روی بخشی از اقتصاد است که انرژی مورد نیاز آن بهآسانی ازطریق انرژیهای بادی و خورشیدی تأمین نمیشود؛ مانند تولیدات سنگین، باربری در مسافتهای طولانی و سوخت کشتیهای باری و هواپیماها.
چگالی انرژی هیدروژن سبز سه برابر چگالی انرژی سوخت جت است و آن را به فناوری امیدوارکنندهی دارای انتشارات صفر برای هواپیماها تبدیل میکند. اما ایرباس، شرکت هواپیماسازی اروپایی، اخیرا بیانیهای منتشر کرد که در آن آمده بود، باید بر مشکلات اساسی مانند ذخیرهسازی ایمن هیدروژن در هواپیما، فقدان زیرساختهای هیدروژن در فرودگاهها و هزینهی آن غلبه کرد.
هیدروژن سبز بهعنوان جایگزینی برای برخی از وسایل نقلیهی جادهای نیز شناخته شده است. در بریتانیا، قطارها، کامیونها و اتوبوسهای دوطبقه هیدروژنی در حال رونق گرفتن است. کالیفرنیا در سال ۲۰۰۹ برای ترویج وسایل نقلیهی برقی و هیدروژنی، استاندارد سوخت کمکربن را تصویب کرد. در ماه اکتبر، گروهی از مقامات صنایع انرژی و وسایل نقلیهی سنگین اتحادیهی هیدروژن ایالتهای غربی را تشکیل دادند تا از توسعهی سریع فناوری پیل سوختی هیدروژن و زیرساختها برای جایگزینی کامیونها، اتوبوسها، لوکوموتیوها و هواپیماها دیزلی حمایت کنند.
حتی برنامههایی برای سیستمهای هیدروژنی در مقیاس کوچکتر وجود دارد که بتواند انرژی منازل شخصی را تأمین کند. در استرالیا، دانشگاه نیو ساوث ولز با مشارکت شرکت مهندسی جهانی GHD، سیستمی خانگی به نام LAVO ایجاد کرده است که از انرژی خورشیدی برای تولید و ذخیرهسازی هیدروژن سبز استفاده میکند که هنگام نیاز، به برق تبدیل میشود. بلانک از مؤسسه راکی مانتین، میگوید: پیشرفتها در زمینهی هیدروژن سبز در کشورهای مختلف از ژاپن تا آمریکا و اتحادیه اروپا واقعا خبر خوبی است. هیدروژن سبز دارای پتانسیل زیادی برای کمک به حل مشکل تغییرات اقلیمی است.
-----------------------------------------------------------------
محققان یک روش بسیار موثر و سازگار با محیط زیست برای تبدیل آمونیاک به هیدروژن ایجاد کرده اند. تکنیک جدید یک گام بزرگ رو به جلو برای ایجاد یک اقتصاد بدون آلودگی و همراه با سوخت هیدروژنی است. ایده استفاده از آمونیاک به عنوان حامل انتقال هیدروژن در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است زیرا ذخیره و حمل و نقل مایعات آمونیاک بسیار آسان تر از هیدروژن است. این پیشرفت تکنولوژیکی بر موانع موجود در تولید هیدروژن تمیز از آمونیاک غلبه می کند.
سوسینا هایل، نویسنده اصلی این مطالعه می گوید: آسیب سلول های سوختی هیدروژنی، نبود زیرساخت های تحویل است. حمل و نقل هیدروژن دشوار و گران است، اما سیستم تحویل آمونیاک گسترده به همراه خطوط لوله ای برای انتقال آن وجود دارد. آمونیاک زیادی در سراسر جهان موجود است. ما با استفاده از سیستم های الکتروشیمیایی که توسعه داده ایم می توانیم آن را به هیدروژن تمیز و آماده پیل سوختی تبدیل کنیم.
هایل والتر پی مورفی استاد علوم و مهندسی مواد در دانشکده مهندسی مک کورمیک نورث وسترن و همچنین مدیرعامل موسسه پایداری و انرژی در دانشگاه است.
در این مطالعه، هایل و تیم تحقیقاتی وی گزارش دادند که قادرند تبدیل آمونیاک به هیدروژن را با استفاده از برق تجدیدپذیر به جای انرژی حرارتی با سوخت فسیلی انجام دهند، مزیت اول این فرآیند این است که در دماهای بسیار پایین تر از روشهای سنتی عمل می کند (250 درجه سانتیگراد در مقابل 500 تا 600 درجه سانتیگراد). دوم اینکه، این تکنیک جدید هیدروژن خالص تولید می کند که نیازی به جدا شدن از آمونیاک یا محصولات دیگر ندارد. سوما، این فرآیند کارآمد است زیرا تمام جریان الکتریکی که به دستگاه عرضه می شود بدون هیچ گونه ضرر در واکنش ها مستقیماً هیدروژن تولید می کند. به عنوان یک مزیت دیگر، از آنجا که هیدروژن تولید شده خالص است، می توان آن را مستقیماً برای افزایش ذخیره الکتریکی به منظور ذخیره سازی با چگالی بالا تحت فشار قرار داد.
برای انجام تبدیل، محققان یک سلول الکتروشیمیایی منحصر به فرد با غشای رسانای پروتون ساختند و آن را با کاتالیزور تجزیه آمونیاک ادغام کردند.
هایل گفت: آمونیاک ابتدا با کاتالیزوری که آن را به نیتروژن و هیدروژن تقسیم می کند برخورد می کند. این هیدروژن بلافاصله به پروتون تبدیل می شود، که سپس به صورت الکتریکی از طریق غشای رسانای پروتون در سلول الکتروشیمیایی ما هدایت می شود. با بیرون کشیدن مداوم هیدروژن، ما واکنش را به جلو هدایت می کنیم. این به عنوان Le Chatelier شناخته می شود. با حذف یکی از محصولات واکنش تجزیه آمونیاک،یعنی هیدروژن ما واکنش را جلو می بریم، فراتر از کاری که کاتالیزور تجزیه آمونیاک می تواند به تنهایی انجام دهد.
هیدروژن حاصل از تجزیه آمونیاک می تواند در پیل سوختی مورد استفاده قرار گیرد. مانند باتری ها و پیل های سوختی که با تبدیل انرژی تولید شده توسط واکنش های شیمیایی، نیروی الکتریکی تولید می کنند. بر خلاف باتری ها، پیل های سوختی می توانند تا زمانی که سوخت تامین می شود ، برق تولید کنند و هرگز شارژ خود را از دست ندهند. هیدروژن یک سوخت پاک است که وقتی در پیل سوختی مصرف می شود، تنها محصول جانبی آن تولید آب است. این در مقایسه با سوخت های فسیلی است که گازهای گلخانه ای متغیر آب و هوا مانند دی اکسید کربن، متان و اکسید نیتروژن تولید می کند، مزیت چشمگیری است.
هایل پیش بینی می کند که فناوری جدید می تواند به ویژه در بخش حمل و نقل دگرگون کننده باشد. در سال 2018، جابجایی افراد و کالاها با اتومبیل، کامیون، قطار، کشتی، هواپیما و سایر وسایل نقلیه 28 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای را در ایالات متحده به خود اختصاص داده است (بیش از هر بخش اقتصادی دیگر طبق آژانس حفاظت از محیط زیست).
هایل گفت: خودروهایی که با باتری کار می کنند بسیار عالی هستند، اما مطمئناً بحث برد و تامین مواد وجود دارد. وتبدیل آمونیاک به هیدروژن در محل و به صورت توزیع شده به شما این امکان را می دهد که به ایستگاه سوخت رسانی بروید و هیدروژن تحت فشار برای خودروی خود تهیه کنید. همچنین علاقه فزاینده ای برای پیل های سوختی هیدروژنی برای صنعت هوانوردی وجود دارد زیرا باتری های آن ها بسیار سنگین هستند.
هایل و تیمش در این سالها پیشرفت های بزرگی در زمینه سلول های سوختی داشته اند. آنها به عنوان گام بعدی در کار خود، در حال بررسی روش های جدید تولید آمونیاک به روشی سازگار با محیط زیست هستند.