الطاقة الهيدروجينية – مصدر الطاقة المثالي للمستقبل؟

ترجمة: فواز محمد الزهراني

تدقيق علمي: علي مدرس / تدقيق لغوي: أحمد الحربي، أميمة مؤذنة

مراجعة: حمود السعدي، أروى الزهراني

 

المقدمة
يمكن إنتاج الهيدروجين من المصادر المحلية، فالهيدروجين يعتبر ناقلا للطاقة النظيفة مثل الكهرباء على المدى الطويل؛ بحيث إنه سوف يقلل الاعتماد على النفط وانبعاث الغازات والملوثات الأخرى المختلفة، مثل: الطاقة المتجددة والطاقة النووية.
ما هو الهيدروجين؟
يمكن اعتبار الهيدروجين كأبسط عنصر في الوجود فهو أيضًا أحد أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض..
الهيدروجين كغاز لا يوجد بشكل طبيعي على الأرض ويجب تصنيعه، وذلك لأن غاز الهيدروجين أخف من الهواء، ويرتفع إلى الغلاف الجوي نتيجة لذلك، ويرتبط الهيدروجين الطبيعي دائمًا مع عناصر أخرى في شكل مركب مثل الماء والفحم والنفط.
الهيدروجين لديه أعلى محتوى للطاقة من أي وقود مشترك بالوزن من ناحية أخرى، الهيدروجين لديه أدنى محتوى للطاقة من حيث الحجم، هو أخف العناصر ويصبح غازًا في درجات الضغط والحرارة العادية.

الهيدروجين كحامل/ناقل للطاقة
يعتبر الهيدروجين مصدرا ثانويا للطاقة، ويشار إليه عادة باسم ناقل الطاقة، وتستخدم حاملات الطاقة لنقل وتخزين وتسليم الطاقة في شكل يمكن استخدامه بسهولة، والكهرباء هي المثال الأكثر شهرة لناقل الطاقة.
الهدروجين كحامل/ناقل للطاقة الهامة في المستقبل، لديه العديد من المزايا، على سبيل المثال:
يمكن تخزين كمية كبيرة من الهيدروجين بسهولة بأكثر من طريقة، ويعتبر الهيدروجين أيضاً وقودًا ذو كفاءة عالية، ويمكن استخدامه للنقل والتدفئة وتوليد الطاقة في الأماكن التي يصعب فيها استخدام الكهرباء، في بعض الحالات، وشحن الهيدروجين بواسطة خط الأنابيب يعد أقل تكلفة من إرسال الكهرباء على مسافات طويلة عن طريق الأسلاك.
كيف يتم إنتاج الهيدروجين؟
بما أن الهيدروجين غير موجود على الأرض كغاز، فإنه يتم فصله من المركبات الأخرى..
وهناك طريقتان من أكثر الطرق شيوعًا والمستخدمة لإنتاج الهيدروجين: هي التحليل الكهربائي أو تقسيم المياه وإصلاح البخار..
إصلاح البخار حاليًا، يُعد الطريقة الأقل تكلفة لإنتاج الهيدروجين، يتم استخدامها في الصناعات لفصل ذرات الهيدروجين من ذرات الكربون في الميثان، لأن الميثان وقود أحفوري، ولأن عملية إصلاح البخار تنتج عن انبعاث الغازات التي ترتبط بالاحتباس الحراري..

أما الطريقة الأخرى لإنتاج الهيدروجين هي التحليل الكهربائي، ينطوي التحليل الكهربائي على تمرير تيار كهربائي من خلال الماء لفصل المياه إلى عناصره الأساسية: الهيدروجين والأوكسجين، ويؤدي الهيدروجين إلى الكاثود (السالب ) والأوكسجين إلى الأنود ( الموجب ) الهيدروجين الذي ينتجه التحليل الكهربائي نقي للغاية، بحيث يمكن استخدامه لعدم وجود انبعاثات؛ لأن الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة، لكن للأسف عملية التحليل الكهربائي حاليًا مكلفة للغاية، وهناك أيضًا عدة طرق تجريبية لإنتاج الهيدروجين مثل Photo-electrolysis و Biomass gasification.
وقد اكتشف العلماء، أن بعض الطحالب والبكتيريا تنتج الهيدروجين تحت ظروف معينة، وذلك باستخدام ضوء أشعة الشمس كمصدر للطاقة.

استخدامات الهيدروجين
حاليًا يستخدم الهيدروجين أساسًا كوقود في برنامج الفضاء ناسا، ويستخدم أيضًا الهيدروجين السائل لدفع مكوك الفضاء والصواريخ الأخرى، في حين أن خلايا الوقود الهيدروجينية تعمل بالطاقة الكهربائية على المكوك، وتستخدم خلية الوقود الهيدروجينية أيضًا في إنتاج المياه النقية لطاقم المكوك..

خلية وقود الهيدروجين
خلايا الوقود مباشرة تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية في الهيدروجين إلى كهرباء، مع الماء النقي والحرارة باعتبارها المنتجات الثانوية الوحيدة، و خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين ليست فقط خالية من التلوث،
ولكن يمكن زيادة كفائتها بمقدار ضعفين أو ثلاثة أضعاف، بالمقارنة مع تكنولوجيات الاحتراق التقليدية.

ImageForArticle_29(1)

الشكل 1: خلية وقود هيدروجينية ( مصدر الصورة من قسم الولايات المتحدة للطاقة ).

و يمكن لخلايا الوقود أن تعمل تقريبًا على كل الأجهزة المحمولة و تستخدم عادة في البطاريات، ويمكن لخلايا الوقود أيضًا نقل الطاقة مثل المركبات والشاحنات والحافلات والسفن البحرية، فضلاً عن توفير الطاقة المساعدة لتكنولوجيات النقل التقليدية..
الهيدروجين يلعب دورًا مهما وبشكل خاص في المستقبل عن طريق استبدال النفط الذي نستخدمه في المَركبات والشاحنات به.

مستقبل الهيدروجين
في المستقبل، سوف ينضم الهيدروجين إلى الكهرباء كمصدر مهم للطاقة، حيث من الممكن  أن يتم ذلك بأمان، بخلاف مصادر الطاقة المتجددة وهو غير ملوث تقريبًا.
وسيتم استخدامه أيضًا كوقود للسيارات ” صفر الانبعاثات ” لإنتاج الكهرباء ووقود الطائرات.
الهيدروجين لديه إمكانيات كبيرة كوسيلة للحد من الاعتماد على مصادر الطاقة الأخرى، مثل النفط، وقبل أن يلعب الهيدروجين دورًا أكبر للطاقة ويصبح بديلاً يستخدم على نطاق واسع للبنزين، يجب بناء العديد من المرافق والأنظمة الجديدة.

ImageForArticle_29(2)

الشكل 2: البنية التحتية للطاقة الهيدروجينية في المستقبل .

يتم إنتاج الهيدروجين من خلال نظام التحليل الكهربائي للرياح،
بحيث يتم ضغط الهيدروجين في خط الأنابيب، ثم تنتقل في خط أنابيب نقل الهيدروجين إلى محطة الغاز المضغوط بحيث يتم تحميل الهيدروجين في مقطورات أنبوب الغاز وتقوم الشاحنة بتوصيل المقطورات الأنبوبية إلى المحطة الطرفية، حيث يتم ضغط الهيدروجين وتخزينه وتوزيعه على مركبات خلايا الوقود المضغوط.

 

المقال الأصلي:

‏Hydrogen energy – the perfect energy source for the future, Written by  AZoCleantech, Jan 12 2008
https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=29

الإعلانات