Reading Time: 4 minutes

لتحقيق بيئة خالية من الكربون، ولتحقيق هدف اتفاقية باريس للحفاظ على ارتفاع متوسط ​​درجة الحرارة العالمية أقل بكثير من 2 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة، تبذل الحكومات قصارى جهدها لإيجاد بديل عن الوقود الأحفوري، ولم تجد أفضل من الهيدروجين واستخداماته كوقود للنقل والتدفئة وتخزين الطاقة، للوصول إلى نظام يوفر طاقة متجددة بنسبة 100%.

مصادر الهيدروجين

الهيدروجين من أكثر العناصر وفرة في الكون، ويمكن إنتاجه من مجموعة متنوعة من الموارد المحلية، ويُعد الغاز الطبيعي هو المصدر الأكبر للهيدروجين ويستخرج الأخير منه باستخدام تقنية تسمى إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار. ويُعد الماء ثاني أكبر مصدر للهيدروجين، ويمكن تقسيم ذرات الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء المتجددة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، وتسمى هذه التقنية بالتحليل الكهربائي للماء، ويمكن لخلية الوقود عكس هذه العملية، وتوليد الطاقة من الهيدروجين والأكسجين.

هناك الكثير من الطرق التي يستخرج منها الهيدروجين، على سبيل المثال؛ تستخدم العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية الضوء كعامل لإنتاج الهيدروجين. وتستخدم العمليات الكهروكيميائية الضوئية أشباه موصلات متخصصة لفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين. وتستخدم الميكروبات في العمليات الحيوية لإنتاج الهيدروجين من التفاعلات الحيوية، وكذلك تفكك الميكروبات المواد العضوية لإنتاج الهيدروجين.

هذه محاولات الحصول على وقود هيدروجيني

في أحدث المحاولات للحصول على الوقود الهيدروجيني بسهولة وبتكاليف أقل، تعمل شركة النفط ريبسول على تطوير تقنية لتحويل الطاقة الشمسية والمياه مباشرة إلى هيدروجين متجدد، بدون الخطوة المتوسطة للتحليل الكهربائي. وتتميز هذه التقنية الجديدة أنها لا تحتاج إلى الكهرباء. وبالتالي،عدم الاعتماد على سعر الكهرباء الذي يشكل 70-75٪ من تكاليف الإنتاج.

وفي محاولة أخرى دمج فريق من الباحثين تقنية تنقية المياه في محلل كهربائي لمياه البحر، يستخدم تياراً كهربائياً لفصل الهيدروجين والأكسجين في جزيئات الماء. هذه الطريقة الجديدة لتقسيم مياه البحر يمكن أن تسهل تحويل طاقة الرياح والطاقة الشمسية إلى وقود هيدروجيني قابل للتخزين والحمل.

أيضاً طورت مجموعة أخرى من الباحثين من المملكة المتحدة والصين والمملكة العربية السعودية تقنية جديدة تحول النفايات البلاستيكية إلى هيدروجين، وأنابيب نانوية كربونية عن طريق سحقها باستخدام أفران ميكروويف بها أكسيد الحديد وأكسيد الألومنيوم، واستغرقت عملية التحويل 30-90 ثانية فقط، وأسفرت عن معدل استرداد 97٪ من الهيدروجين المتولد، والذي يمكن استخدامه كوقود.

أنواع الوقود الهيدروجيني

الصورة: مختبر أرجون الوطني

للوقود الهيدروجيني أنواع مختلفة؛ هناك الهيدروجين الرمادي؛ هو الشكل السائد حالياً لتصنيع الهيدروجين، ولكن نظراً لأنه مصنوع من الوقود الأحفوري، فلا يُعد صديقاً للبيئة على الإطلاق. وهناك الهيدروجين الأزرق؛ هو الذي يتم فيه عزل ثاني أكسيد الكربون المنبعث أثناء إنتاج الهيدروجين الرمادي عن طريق احتجاز الكربون وتخزينه، وبالتالي إنتاج طاقة بانبعاثات منخفضة جداً، وهذه الطريقة تخفض انبعاث ثاني أكسيد الكربون بنسبة 90-95% تقريباً.

النوع الثالث هو الهيدروجين الأخضر؛ وهو المصنوع من التحليل الكهربائي باستخدام الطاقة المتجددة، هو الإصدار الوحيد من الوقود الخالي من ثاني أكسيد الكربون عند نقطة الاستخدام وعند نقطة الإنتاج.

فوائد الوقود الهيدروجيني

الصورة: روبرت كوس بيكر/فليكر

يفضل الوقود الهيدروجيني في النقل لكونه وقوداً عديم الانبعاثات الكربونية وأيضاً لفوائده الكثيرة، والتي من أبرزها؛ أنه يوفر أوقات إعادة التزود بالوقود، فبالنسبة لسيارة ركاب نموذجية، يستغرق الأمر من 3-5 دقائق للحصول على خزان كامل يوفر مسافة قيادة تزيد عن 480 كيلومتر، وبأداء مكافئ لمركبات البنزين والديزل، بينما تتطلب السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية ما لا يقل عن نصف ساعة لنطاق يصل إلى 160 كيلومتر.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تنفيذ البنية التحتية للهيدروجين بطريقة مماثلة للوقود التقليدي في كل محطة وقود. أما عند مقارنته بشحن السيارة الكهربائية بالبطارية، لا يتطلب الهيدروجين أي ترقيات مكلفة ومعقدة للشبكة الكهربائية أو تركيب أجهزة الشحن في كل منزل. كما أن خلايا الوقود الهيدروجينية وتكاليف التخزين أقل مقارنة بالبطاريات، وبالتالي يمكن للهيدروجين أن يحقق مدى طويل دون المساس بالقدرة على تصنيع المركبات بأسعار معقولة.

الهيدروجين آمن مثل البنزين، أو ربما أكثر أماناً، ففي حال حدوث تسرب من خزان السيارة، ينتشر الهيدروجين في المناطق المحيطة بسرعة أكثر من البنزين. وإذا أشتعل الوقود، فإن الهيدروجين يحترق بسرعة وينبعث منه حرارة إشعاع أقل، وبالتالي فإن التأثير على المناطق المحيطة يكون محدوداً. ومع ذلك، تم تصميم خزانات الهيدروجين لتجنب أي تسرب ويمكنها تحمل الاصطدامات الشديدة. أما على متن السيارة، تحوّل خلية وقود الهيدروجين إلى كهرباء باستخدام الهواء من المناطق المحيطة، مع إنتاج الماء كعادم وحيد.

الوقود الهيدروجيني في كل مكان

قطار الهيدروجين

الصورة: بيكساباي

تتسارع شركات النقل البري والبحري والجوي لاستبدال الوقود الهيدروجيني محل الوقود الأحفوري، ففي أحدث المحاولات تمكنت الهند من تسيير أول سيارة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين بنجاح، تم إجراء التجارب على سيارة ركاب ذات 5 مقاعد تعمل بالبطارية وتم تحديثها وتزويدها بمجموعة خلايا الوقود، وبخزان هيدروجين تجاري، مع سعة تبلغ حوالي 1.75 كجم من غاز الهيدروجين المخزن عند ضغط 350 بار، يمكن للسيارة أن تعمل لمسافة 250 كيلومتراً تقريباً في ظل ظروف الطريق الهندي النموذجية بسرعات معتدلة من 60 إلى 65 كيلومتراً في الساعة.

أما في اليابان، فقد أعلنت شركة صناعة السيارات العملاقة تويوتا عن اتفاقية مع زميلتها اليابانية هينو لإنتاج شاحنة تعمل بخلايا الوقود، ولا تصدر شيئاً سوى الماء، ومن المتوقع إطلاقها في النصف الأول من عام 2021.وتخطط إنكلترا لمد شبكة سكك حديدية عالية السرعة تحت سطح البحر بين الدنمارك والمملكة المتحدة، وسيبلغ طوله 765 كيلومتراً وستعمل قطاراتها بالوقود الهيدروجيني.

وفي مجال الطيران، حولت شركة إيرباص هذا العام تركيزها لتطوير بطاريات الطائرات الهيدروجينية، والتي تتوقع أن تطير بحلول عام 2035. واستطاعت شركة زيرو أفيا إكمال أول رحلة ركاب لمدة 20 دقيقة بطائرة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين في العالم، تمت الرحلة في طائرة بايبر ذات الحجم التجاري بستة مقاعد والتي تم دعمها بخلايا وقود الهيدروجين. يذكر أن صناعة الطيران تشكل حالياً 3٪ من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

أما السفن تتطلب هندسة وقدرات فريدة ومزيداً من المتانة ومراعاة التأثيرات البيئية مثل الاهتزاز، قبل تسييرها في البحار وخاصة في المحيط الهاديء، لكن تسعى العديد من الشركات إلى صنع خلية وقود هيدروجيني عالية الطاقة وخفيفة الوزن بحلول العام 2024.

عند الإنتقال للمنازل؛ طورت شركة لافو نظام تخزين جديد للطاقة الهيدروجينية في المنازل والشركات، باستخدام الطاقة من الألواح الشمسية على الأسطح لإنتاج الهيدروجين من الماء عن طريق التحليل الكهربائي. يتم تخزين الغاز في حاوية هيدريد معدني ويتم تحويله مرة أخرى إلى كهرباء عند الحاجة باستخدام خلية وقود. وسيكون كافياً لتزويد منزل متوسط ​​لأكثر من يومين.