هیدروژن با وزن اتمی یک، از سبک ترین عناصر است. چگالی هیدروژن مایع 07/0 گرم در هر سانتی مترمکعب است، درحالی که آب چگالی یک گرم بر سانتی متر مکعب دارد و بنزین مقدار چگالی درحدود 75/0 گرم بر سانتی متر مکعب دارد. این ویژگی ها برای هیدروژن عیب ها و مزیت هایی دارند. ازجمله این مزیت ها این است که هیدروژن حدود6/2 برابر بنزین انرژی برای هر واحد جرم را می تواند ذخیره کند و عیب آن این است که حدود چهار برابر حجم را برای تولید همان مقدار انرژی اشغال می کند. یک تانک پانزده گالنی بنزین خودرو می تواند90 پاوند بنزین را درخود جای دهد. یک تانک ذخیره هیدروژن مشابه می باید60 گالنی باشد، اما وزنی تنها معادل34 پاوند خواهد داشت. هنگامی که هیدروژن درهوا می سوزد، محصول عمده آن آب است. برخی ترکیبات نیتروژن نیز می توانند ایجاد شوندکه باید از به وجود آمدن آنها پیشگیری کرد. اگر اثرهای گازهای گلخانه ای را به حساب آوریم، ازمزیت های عمده هیدروژن تولید نکردن دی اکسیدکربن درفرآیند سوختن آن است. از آنجاکه هیدروژن به طور خالص درمقیاس وسیعی درطبیعت موجود نیست، روش معمول استخراج آن درحال حاضر شکل دهی دوباره بخار متان است و به احتمال بسیار همچنان اقتصادی ترین روش استخراج هیدروژن خواهد بود؛ البته تا هنگامی که متان (گازطبیعی) به فراوانی و ارزانی در دسترس باشد و نیاز به تولید هیدروژن محدود باشد. هنگامی که بهای متان به سه برابر قیمت کنونی آن برسد، هیدروژن را می توان از الکترولیز آب به دست آورد. اگرچه بهترین راه استخراج هیدروژن، الکترولیز آب است، اگر قرار باشد از سوخت های فسیلی همانند بنزین، زغال سنگ و یا گازطبیعی برای تأمین انرژی موردنیاز فرآیند الکترولیز استفاده کرد، دیگر هیدروژن تولیدی هیچ مزیتی نخواهد داشت، زیرا می توان از همان سوخت های فسیلی برای تولید انرژی استفاده کرد. درهمین حال بازهمCO2 تولید خواهد شد وانرژی زیادی به هدر خواهد رفت؛ بنابراین فزونی مصرف هیدروژن درآینده، به استفاده از انرژی هسته ای والکتریسته حاصل از انرژی خورشیدی بستگی دارد. درهردو مورد یادشده، امکان استفاده از فناوری های توسعه نیافته، اما شدنی وجود دارد که الکتریسته را به عنوان انرژی واسطه مصرف نمی کنند. [فرآیند ترمودینامیک برای تجزیه آب وجود دارد که ادعا می شود دو برابر الکترولیز بازده دارد وسیکل آیودین- سولفور نام دارد]. برای این که در راکتورها بازده بالایی داشته باشیم، می باید دمای آنها را از95 درجه سانتی گراد راکتورهای کنونی بالاتر ببریم. درمقاله ای از گن شولز به مورد یادشده و تولید حرارتی هیدروژن از نیروی آفتاب پرداخته شده است. پیشنهادهایی نیز درباره گردآوردن انرژی حاصل از گرمایش منازل و فرآیندهای شیمیایی و الکترولیز با انرژی کمتر ارائه شده اند. درهر دوحال قانون بقای انرژی به ما می گوید که تمام انرژی حاصل از سوختن هیدروژن، می باید به وسیله منبع اولیه ای همچون انرژی هسته ای یا خورشیدی فراهم آورده شود. ازآنجاکه این فرآیند هیچ کدام100 درصد بازده ندارند، میزانی از اتلاف انرژی خواهیم داشت؛ درنتیجه استفاده از هیدروژن به عنوان واسطه تنها هنگامی توجیه خواهد داشت که دلیلی برای مصرف منبع اولیه مستقیم نداشته باشیم. برای خودروها این دلیل موجود است، زیرا نیروگاه های هسته ای و نیروگاه های خورشیدی آنقدر کوچک نیستند که بتوان از آنها درموتور خودروها استفاده کرد، تنها می توان ازانرژی هسته ای درکشتی های غول پیکر استفاده کرد. اگر استفاده از انرژی خورشیدی درمقیاس وسیعی فراگستر شود، انرژی ای که تولید می شود، از منبعی بسیار دور تهیه خواهد شد. هدف این است که هیدروژن هم به عنوان واسطه ای برای ذخیره سازی و هم به عنوان واسطه انتقال انرژی نقش ایفا کند. معلوم نیست که ساخت خطوط لوله برای انتقال هیدروژن که همانند خطوط انتقال الکتریسته عمل کنند، تا چه اندازه قابل اجرا است؟ هیدروژن را می توان از طریق خطوطی همانند خطوط انتقال گازطبیعی انتقال داد. مشکلاتی که دراین میان رخ می دهند، عبارتند از: فرار بودن بیشتر هیدروژن نسبت به گازطبیعی و احتمال نشتی هیدروژن از برخی اتصال های و احتمال شکسته شدن برخی از فلزات به کار رفته در اتصال های خطوط لوله گاز طبیعی. وجود خط لوله انتقال هیدروژن 208 کیلومتری درآلمان نشان می دهد که می توان براین مشکلات پیروز شد. چنین شبکه ای درکشورهای بلژیک، فرانسه و هلند نیز وجود دارد. به هرحال باگسترش و بهبود فناوری های مربوط به انتقال راه دور انرژی الکتریکی شاید این روش صرفه اقتصادی نداشته باشد، اما برای خودروها ماجرا از قرار دیگری است. هیدروژن به عنوان سوخت موتور: ازهیدروژن می توان برای سوخت موتور استفاده کرد، درحالی که نمی توان از انرژی های هسته ای و خورشیدی به طور مستقیم استفاده کرد. انرژی هسته ای به سپرهای محافظتی سنگینی نیازدارد تا نوترون ها را از تابیدن به محیط زیست باز دارند که برای خودروها وزن زیادی دارند. راکتور هسته ای را می توان درکشتی ها، زیردریایی ها و ناوهای هواپیمابر به کار برد. حتی پیشنهادهایی مبنی براستفاده از راکتورها در لوکوموتیوها مطرح شده اند. البته برای استفاده از انرژی هسته ای محدودیت هایی وجود دارد. به نظر من با ارتقا و ایمن سازی راکتورهای مناسب برای کشتی های تجاری، انرژی هسته ای جای خود را درصنایع دریایی خواهد یافت. از انرژی خورشیدی نمی توان درخودروها به طورمستقیم استفاده کرد، مگر برای استفاده های ناچیز انرژی. مشکل اصلی دراینجا است که اندازه صفحه خورشیدی که می باید انرژی لازم را برای به حرکت درآوردن یک خودرو فراهم آورد، بسیاربزرگ تر از ابعاد یک خودرو معمولی است، در ضمن شب هنگام و روزهای ابری نیز از انرژی خبری نخواهد بود. ازهیدروژن می توان به جای سوخت موتورهای احتراق داخلی با ساختی مشابه موتورهای بنزین استفاده کرد. درحالی که هیدروژن سه برابر هرپاوند بنزین انرژی تولید می کند، هنگام مایع بودن تنها یک دهم چگالی بنزین را دارد و اگر آن را به صورت گاز فشرده نگاهداری کنیم، بازهم این مقدار کمتر خواهد شد؛ درنتیجه تانک ذخیره هیدروژن خیلی بزرگ خواهد بود. معمولاً برای خودروها از هیدروژن فشرده استفاده می کنند، اما هیدروژن فشرده هنوز به اندازه محدوده مسافتی که با بنزین پیموده می شود، مناسب نیست. استفاده از آن حتی از باتری های سرب- اسیدی نیز بدتر است. هیدروژن با جذب در فلزات هیبریدی می تواند چگالی مناسب را پیداکند، اما وزن این فلزات خودرو را خیلی سنگین خواهد ساخت. علمی ترین راه حل هایی که برای استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت خودروها وجود دارد، پذیرفتن دشواری های استفاده از هیدروژن مایع و حل آنها است. سه مشکل اساسی در این باره وجود دارد: 1- چگالی کم. تانک سوخت هیدروژن سه برابر تانک بنزین هم اندازه خود ظرفیت خواهد داشت. درهمین حال می باید ایزوله باشد که این کار به وزن آن می افزاید. این مشکل قابل حل به نظر می رسد. 2- مشکلات مربوط به ایمنی. هیدروژن مایع به حد کافی برای یخ زدن هوا سرد است و مشکلاتی مربوط به تسلیم شیرها در برابر فشار انبساطی هیدروژن مشاهد شده است. هنگام تصادف، تانک هیدروژن می تواند ترک بردارد و از هم بگسلد، درست مانند باک بنزین. آزمایش ها نشان می دهدکه با تولید ایمن تانک ها، هیدروژن ایمن تر از بنزین خواهد بود، زیرا هیدروژن به سرعت وارد محیط می شود. ورود هیدروژن به یک محیط بسته همچون گاراژ می تواند موجب انفجار شود. 3- ازآنجا که ایزولاسیون نمی تواند کامل باشد، هیدروژن به آرامی تبخیر خواهد شد، عموماً 7/1 درصد درهر روز. این میزان برای خودرویی که قرار است مدت زیادی توقف کند، خیلی زیاد است. یک تانک هیدروژن فشرده که به اندازه رسیدن به ایستگاه هیدروژن بعدی دوام بیاورد، این مشکل را حل خواهد کرد. اگر موتور به حد کافی انعطاف پذیر باشد که بتواند بنزین را نیز بسوزاند، یک مخزن نیم گالنی بنزین نیز برای تأمین سوخت موردنیازکافی خواهد بود. شرکتBMW خودروهایی با هیدروژن مایع را آزمایش کرده است. به هر روی تا مشکلات سیاسی فراروی گسترش استفاده از نیروی هسته ای و محدودیت های تکنولوژیک بر سرراه استفاده گسترده از انرژی خورشیدی وجود دارند، هیدروژن شانسی برای همه گیر شدن ندارد! منبع: وب سایت دانشگاه استنفورد، نویسنده: جان مک کارتی