أهم 5 أسئلة عن الهيدروجين الأخضر.. جامعة نيو ساوث ويلز تجيب

يحظى الهيدروجين الأخضر باهتمام عالمي كبير، كمصدر واعد للطاقة في المستقبل القريب، يساعد في مكافحة تغير المناخ.

ويتوقع العديد من الخبراء أن تكون منطقة الشرق الأوسط مركزاً ولاعباً رئيسياً في إنتاج الهيدروجين الأخضر، حيث تمتلك أرخص طاقة متجددة، رياحاً وشمسا، في العالم.

يقول توماس كوخ بلانك، رئيس برنامج التكنولوجيا الاختراقية في معهد روكي ماونتن: "تمتلك دول المنطقة، الإمارات والسعودية ومصر، طاقة متجددة منخفضة التكلفة بشكل كبير، فالشمس مشرقة كل يوم والرياح تهب كل ليلة".

مع زيادة الاهتمام العالمي بالهيدروجين الأخضر، أصدرت جامعة نيو ساوث ويلز، في سيدني بأستراليا، مقالًا تعريفيًا يجيب عن أهم 5 أسئلة تتردد بين الجمهور العالمي بشأن الهيدروجين الأخضر:

• الهيدروجين الأخضر.. الوقود المنقذ

1- ما هو الهيدروجين الأخضر بالضبط؟

يمكن استخلاص الهيدروجين من الماء عبر عملية تسمى التحليل الكهربائي، التي تم اكتشافها منذ أكثر من 220 عامًا.

عندما يمر تيار كهربائي عبر الماء (H 2 0)، فإنه ينقسم إلى أجزائه المكونة له، أي الهيدروجين والأكسجين.

إذا كان التيار الكهربائي يعمل بالطاقة المتجددة، على سبيل المثال عبر الألواح الشمسية أو طاقة الرياح، فإن النتيجة تسمى هيدروجين أخضر.

يمكن أن يلعب الهيدروجين الأخضر دورًا مهمًا في مكافحة تغير المناخ، في الوقت الذي تحاول فيه البلدان بجميع أنحاء العالم تنفيذ خطط "صافي الصفر" للتخلص من انبعاثات غازات الدفيئة المسببة للاحترار العالمي، حيث يمكن إنتاجه بدون أي انبعاثات لثاني أكسيد الكربون.

يمكن استخدام الهيدروجين نفسه أو مشتقاته (مثل الأمونيا والميثانول) كوقود للنقل أو لتوليد الكهرباء أو الحرارة.

يعتبر الهيدروجين مفيداً بشكل خاص في القطاعات التي يصعب إزالة الكربون منها، بما في ذلك النقل لمسافات طويلة والتصنيع الكيميائي، وتوفير الطاقة للصناعات ذات درجات الحرارة العالية.

2- ما فائدة الهيدروجين الأخضر؟

يمكن استخدام الهيدروجين أو مشتقاته في "تخزين" الطاقة الناتجة عن المصادر المتجددة والمساعدة في التغلب على مشكلة التقطع، أي لتسوية التقلبات في الإنتاج والاستهلاك، وتوزيع الطاقة ونقلها بكفاءة.

بهذه الطريقة، تعمل جزيئات الهيدروجين تمامًا مثل البطاريات، ولكنها تتمتع بمزايا أكبر مقارنة ببطاريات الليثيوم التقليدية من نواحٍ معينة.

تتمتع بطاريات الليثيوم بسعات تخزين محدودة وعمر أقصر وحساسية أكبر للظروف البيئية مثل درجة الحرارة.

كما تعمل البطاريات أيضًا على التفريغ الذاتي تدريجيًا للطاقة وتفقدها بمرور الوقت حتى عندما لا تكون قيد الاستخدام.

في المقابل، يمكن للهيدروجين تخزين كميات أكبر من الطاقة على مدى فترة زمنية أطول، ويمكن أيضًا نقله بأمان عبر مسافات طويلة.

يمكن استخدام الهيدروجين أيضًا كوقود، لتدفئة المنازل وكذلك لتشغيل المركبات، وخاصة أنظمة النقل على نطاق واسع مثل الحافلات والسفن البحرية.

• الحياد الكربوني.. قصة أغلى صفر في العالم

3- ما هي القيود التاريخية للهيدروجين؟

هناك عدد من العوامل التي جعلت الإنتاج الواسع النطاق والاستخدام الواسع للهيدروجين كمصدر للوقود بطيء نسبيًا في التطور.

تشمل هذه الصعوبات مسألة تخزين الهيدروجين، فتخزينه كغاز يتطلب ضغوطًا عالية جدًا تصل إلى 750 بارًا، أما كسائل يتطلب درجات حرارة منخفضة جدًا تصل إلى -250 درجة مئوية، وكلاهما يزيد التكلفة بشكل كبير.

تاريخياً، كان إنتاج الهيدروجين مكلفًا نسبيًا عن طريق التحليل الكهربائي نظرًا لتكاليف الكهرباء، ولكن نظرًا لأن الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية تصبح تدريجيًا أرخص من أي وقت مضى، فإن هذا سيصبح عاملاً أقل تقييدًا.

مع ذلك، تبلغ تكلفة الهيدروجين الأخضر حاليًا حوالي 5-6 دولارات أمريكية لكل كيلوجرام من الطاقة المتجددة، مقارنة بحوالي 2 دولار أمريكي لكل كيلو جرام للهيدروجين المنتج من الوقود الأحفوري.

4- هل الهيدروجين آمن؟

كما هو الحال مع أي مصدر للوقود، هناك مخاطر وعيوب، ولكن حتى الآن، استخدمت العديد من دول العالم الهيدروجين بأمان لعدة عقود.

يعد الهيدروجين أخف من الهواء كغاز ويرتفع بمعدل 20 مترًا في الثانية تقريبًا، ضعف سرعة الهيليوم، مما يعني أنه في حالة حدوث تسرب فإنه ينتشر بسرعة كبيرة إلى تركيز غير قابل للاشتعال.

على النقيض من ذلك، غالبًا ما يؤدي تسرب الديزل والبنزين إلى تراكم الغاز القابل للاشتعال والذي ينتج أيضًا رمادًا ساخنًا أثناء احتراقه، مما ينتج عنه حرارة مشعة.

إذا اشتعل غاز الهيدروجين فإنه لا ينتج أي رماد ساخن ويحترق بسرعة كبيرة.

على عكس الوقود التقليدي الذي يمكن أن يكون شديد السمية، فإن غاز الهيدروجين غير سام وبالتالي لا يلوث البيئة أو يهدد صحة الإنسان أو الحياة البرية.

توجد بالفعل لوائح صارمة لاستخدام الهيدروجين وتقوم الحكومات باستمرار بمراجعة وتحديث رموز ومعايير الهيدروجين الحالية، لاستخدامه كناقل للطاقة.

• بحصة تصدير ضخمة.. الهند عملاق الهيدروجين القادم

5- ما هي أفضل طريقة لاستخدامه كمصدر للطاقة؟

هناك العديد من الطرق المختلفة لتخزين ونقل الهيدروجين بحيث يمكن استخدامه لتوفير الطاقة، وجميع هذه الطرق بها مزايا وعيوب مختلفة.

نظرًا لأن الهيدروجين يحتوي على كثافة طاقة عالية جدًا لكل وزن، ولكن كثافة طاقة منخفضة جدًا لكل حجم، فإنه يحتاج إلى ضغط يصل إلى 750 بارًا لتخزينه كغاز.

والنتيجة هي أن الخزان سعة 150-200 لترًا يمكنه حاليًا تخزين حوالي 5 كجم من الهيدروجين، وهو ما سيكون كافيًا لتزويد السيارة بالوقود في رحلة 300 ميل.

هذا الخزان أكبر بثلاث إلى أربع مرات من الخزان المطلوب لخزان البنزين في السيارة التقليدية، لذا فإن التحدي الرئيسي في تطوير المركبات التي تعمل بالهيدروجين هو تصميم المساحة اللازمة لتخزين الوقود.

يجب أن تكون خزانات وقود الهيدروجين في المركبات أكبر بكثير من خزان الوقود التقليدي لأن الهيدروجين يحتوي على كثافة طاقة منخفضة جدًا لكل حجم ويحتاج إلى ضغط.

إذا تم تخزين الهيدروجين كسائل، فيجب تبريده إلى -250 درجة مئوية، لذا كانت الكمية الكبيرة من الطاقة اللازمة للقيام بذلك عائقًا كبيرًا أمام الإنتاج على نطاق واسع.

تشمل البدائل الأخرى ناقلات الهيدروجين العضوي السائل (LOHC)، حيث ترتبط جزيئات الهيدروجين بهيدروكربون يمكن نقلها بسهولة بالغة.

في الطرف الآخر من العملية، يؤدي تطبيق الحرارة إلى إطلاق جزيئات الهيدروجين.

بدلاً من ذلك، يمكن استخدام الأمونيا لنقل ذرات الهيدروجين قبل أن يتم "تكسيرها" لاستخراج الهيدروجين للوقود وإطلاق النيتروجين الزائد في الغلاف الجوي.

في النهاية، هناك العديد من الخيارات المحتملة والمختلفة، وسيكون لبعض حلول النقل والتخزين مزايا في بعض الظروف وعيوب في حالات أخرى.