الهيدروجين الأخضر هو وقود يتم إنشاؤه باستخدام الطاقات المتجددة عوضًا عن الوقود الأحفوري، لديه فوائد واستخدامات عديدة كالقدرة على توفير طاقة نظيفة للتصنيع والنقل وغير ذلك – ومنتجها الثانوي الوحيد هو الماء.
من أين يأتي الهيدروجين الأخضر؟
الطاقة الهيدروجينية متعددة الاستخدامات، حيث يمكن استخدامها في شكل غاز أو سائل، وتحويلها إلى كهرباء أو وقود، وهناك طرق عديدة لإنتاجها.
يتم إنتاج ما يقرب من 70 مليون طن متري من الهيدروجين على المستوى العالمي في كل عام لاستخدامه في تكرير النفط وإنتاج الأمونيا وتصنيع الصلب وإنتاج الكيماويات والأسمدة ومعالجة الأغذية والمعادن وغير ذلك.
يوجد هيدروجين في الكون أكثر من أي عنصر آخر – يقدر أن حوالي 90 بالمائة من جميع الذرات هي هيدروجين. لكن ذرات الهيدروجين لا توجد في الطبيعة من تلقاء نفسها. لإنتاج الهيدروجين ، يجب فصل ذراته عن العناصر الأخرى التي تحدث معه – في الماء أو النباتات أو الوقود الأحفوري. تحدد كيفية إجراء هذا الفصل استدامة طاقة الهيدروجين.
يتم إنتاج معظم الهيدروجين المستخدم حاليًا من خلال عملية تسمى إصلاح الميثان بالبخار ، والتي تستخدم محفزًا لتفاعل الميثان والبخار عالي الحرارة ، مما ينتج عنه الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون. في عملية لاحقة ، يتفاعل أول أكسيد الكربون والبخار والمحفز لإنتاج المزيد من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. أخيرًا ، يتم إزالة ثاني أكسيد الكربون والشوائب ، تاركًا الهيدروجين النقي. يمكن أيضًا استخدام أنواع الوقود الأحفوري الأخرى ، مثل البروبان والبنزين والفحم في إعادة تشكيل البخار لإنتاج الهيدروجين. طريقة الإنتاج هذه – التي تعمل بالوقود الأحفوري – ينتج عنها هيدروجين رمادي بالإضافة إلى 830 مليون طن متري من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون كل عام ، وهو ما يعادل انبعاثات المملكة المتحدة وإندونيسيا مجتمعين.
يمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي للماء ، ولا يترك سوى الأكسجين كمنتج ثانوي. يستخدم التحليل الكهربائي تيارًا كهربائيًا لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين في محلل كهربي. إذا تم إنتاج الكهرباء بواسطة الطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية أو الرياح ، فإن الهيدروجين الناتج الخالي من الملوثات يسمى الهيدروجين الأخضر. يعد الانخفاض السريع في تكلفة الطاقة المتجددة أحد أسباب الاهتمام المتزايد بالهيدروجين الأخضر.
لماذا نحتاج الهيدروجين الأخضر
كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة والكهرباء المباشرة يمكن أن تقلل من الانبعاثات من إنتاج الكهرباء وجزء من النقل ؛ ولكن من الصعب إزالة الكربون عن آخر 15 في المائة أو نحو ذلك من الاقتصاد ، الذي يشمل الطيران والشحن والنقل بالشاحنات لمسافات طويلة وتصنيع الخرسانة والصلب ، لأن هذه القطاعات تتطلب وقودًا عالي الكثافة للطاقة أو حرارة شديدة. يمكن للهيدروجين الأخضر أن يلبي هذه الاحتياجات.
فوائد ومزايا الهيدروجين الأخضر
- الهيدروجين وفير وإمداداته لا حدود لها عمليا. يمكن استخدامه حيث يتم إنتاجه
- للهيدروجين استخدامات عديدة. يمكن استخدام الهيدروجين الأخضر في الصناعة ويمكن تخزينه في خطوط أنابيب الغاز الحالية لتشغيل الأجهزة المنزلية. يمكنه نقل الطاقة المتجددة عند تحويله إلى ناقل مثل الأمونيا ، وهو وقود خالٍ من الكربون للشحن ، على سبيل المثال.
- يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين مع خلايا الوقود لتشغيل أي شيء يستخدم الكهرباء ، مثل المركبات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية. وعلى عكس البطاريات ، لا تحتاج خلايا وقود الهيدروجين إلى إعادة الشحن ولن تنفد طالما أنها تحتوي على وقود الهيدروجين.
- تعمل خلايا الوقود مثل البطاريات: يتم تغذية الهيدروجين إلى القطب الموجب ، ويتم تغذية القطب السالب بالأكسجين ؛ يتم فصلها بواسطة محفز وغشاء إلكتروليت يسمح فقط للبروتونات الموجبة الشحنة بالمرور إلى الكاثود. ينقسم المحفز عن إلكترونات الهيدروجين سالبة الشحنة ، مما يسمح للبروتونات الموجبة بالمرور عبر الإلكتروليت إلى القطب السالب. في غضون ذلك ، تنتقل الإلكترونات عبر دائرة خارجية – لتنتج كهرباء يمكن تشغيلها – لتلتقي بالبروتونات عند القطب السالب ، حيث تتفاعل مع الأكسجين لتكوين الماء.
- يستخدم الهيدروجين لتشغيل مركبات خلايا وقود الهيدروجين. نظرًا لكفاءتها في استخدام الطاقة، تعد خلية وقود الهيدروجين أكثر كفاءة بمرتين إلى ثلاث مرات من محرك الاحتراق الداخلي الذي يعمل بالغاز. ويبلغ متوسط زمن إعادة التزود بالوقود في السيارة الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود أقل من أربع دقائق.
- يمكن استخدام خلايا الوقود في المجال العسكري أو في مناطق الكوارث والعمل كمولدات مستقلة للكهرباء أو الحرارة. عند تثبيتها في مكانها ، يمكن توصيلها بالشبكة لتوليد طاقة موثوقة ومتسقة.
تحديات الهيدروجين الأخضر
- إن قابليته للاشتعال وخفته تعني أن الهيدروجين ، مثل أنواع الوقود الأخرى ، يحتاج إلى التعامل معه بشكل صحيح. العديد من أنواع الوقود قابلة للاشتعال. بالمقارنة مع البنزين والغاز الطبيعي والبروبان ، فإن الهيدروجين أكثر قابلية للاشتعال في الهواء. ومع ذلك ، فإن التركيزات المنخفضة من الهيدروجين لها قابلية اشتعال مماثلة لأنواع الوقود الأخرى.
- نظرًا لأن الهيدروجين خفيف جدًا – أخف بحوالي 57 مرة من أبخرة البنزين – فإنه يمكن أن ينتشر بسرعة في الغلاف الجوي ، وهي ميزة أمان إيجابية.
- نظرًا لأن الهيدروجين أقل كثافة بكثير من البنزين ، فمن الصعب نقله.
- تستخدم خطوط أنابيب الغاز الطبيعي أحيانًا لنقل كمية محدودة فقط من الهيدروجين لأن الهيدروجين يمكن أن يجعل الأنابيب الفولاذية واللحام هشة ، مما يتسبب في حدوث تشققات.
- تم تقييد تكنولوجيا خلايا الوقود بسبب التكلفة العالية لخلايا الوقود لأن البلاتين ، وهو مكلف ، يستخدم في الأنود والكاثود كمحفز لتقسيم الهيدروجين.
- كان التحدي الذي يواجه السيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود هو كيفية تخزين كمية كافية من الهيدروجين
المصادر
- news.climate.columbia
- Image by akitada31 from Pixabay
