الهيدروجين كطاقة نظيفة
الهيدروجين هو العنصر الكيميائي الأكثر وجوداً في الطبيعة، وقد تضاعف الطلب في العالم على الهيدروجين لاستخدامه كوقود ثلاث مرات وقد وصل إلى 70 مليون طن سنويًا في عام 2018، وبالإضافة إلى ذلك، فهو مصدر طاقة نظيف لا ينبعث منه إلا بخار الماء ولا يترك أي بقايا في الهواء، على عكس الفحم والنفط.
الهيدروجين له دور هام في الصناعة منذ بداية القرن التاسع عشر، حيث تم استخدام هذا الغاز لتزويد السيارات والمناطيد وسفن الفضاء بالوقود. إزالة الكربون من الاقتصاد العالمي هي عملية لا يمكن تأجيلها، وستمنح الهيدروجين أهمية أكبر في المستقبل. وبالإضافة إلى ذلك، إذا تم تخفيض تكاليف إنتاجه بنسبة 50٪ بحلول عام 2030، كما توقعه المجلس العالمي للهيدروجين، فسيكون لدينا بالتأكيد وقود من أنواعه في المستقبل.
ما هو الفرق بين الهيدروجين الأخضر والأزرق
- ينتج الهيدروجين الأخضر فقط عن طريق التحليل الكهربائي والذي يستهلك كميات كبيرة من الكهرباء المستدامة المنتجة في البحر وعلى الأرض يمكن دمجها بشكل صحيح في نظام الطاقة، ويمكن فقط للتحليل الكهربائي تحويل الكهرباء إلى هيدروجين بمرونة (حسب الطلب) ثم تخزينها ، وتطوير التحليل الكهربائي على نطاق واسع سيساعد في تلبية الاحتياج الدائم والمتزايد على الكهرباء وبالتالي تحفيز نمو الطاقة المستدامة.
- يختلف الهيدروجين الأخضر عن الأزرق في الجودة، حيث يتمتع الهيدروجين الأخضر بدرجة أعلى من النقاء ويمكن استخدامه على الفور، مثل الاستخدام في خلية وقود السيارة، ويحتوي الهيدروجين الأزرق على مستوى نقاء أقل، وهو ما يكفي للاستخدام الصناعي.
- يعتبر إنتاج الهيدروجين الأزرق وسيلة “لإزالة الكربون” من الصناعة، أي تقليل ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع وبتكلفة منخفضة نسبيًا.
الهيدروجين الأخضر
يتم الحصول على الهيدروجين الأخضر باستخدام الطاقة المتجددة وتحليل الماء كهربائيا، وهو مختلف عن الهيدروجين الرمادي والهيدروجين الأزرق. تهدف الخطة المستقبلية إلى تقليل التكلفة الإجمالية لإنتاج الهيدروجين الأخضر إلى أقل من 2 دولار لكل كيلوجرام، مما سيساعد على خفض الانبعاثات الكربونية من الصناعات الأكثر كثافة في العالم، بما في ذلك صناعة الصلب والشحن وإنتاج المواد الكيميائية وتوليد الطاقة.
مزايا الهيدروجين الأخضر
- نظيف: عند حرق الهيدروجين الأخضر، لا يتم إطلاق أي منتجات جانبية ضارة في الغلاف الجوي، بل يمكن تحويل الهيدروجين إلى مياه صالحة للشرب لرواد الفضاء بمجرد استخدامه كمصدر للطاقة.
- طاقة الهيدروجين ليست سامة: الهيدروجين ليس ضارًا بصحة الإنسان، بينما الطاقة النووية والغاز الطبيعي يمكن أن تسبب ضررًا.
- طاقة الهيدروجين عالية الكفاءة: الهيدروجين الأخضر كثيف بشكل لا يصدق في الطاقة وهو قادر على توفير الكثير من الطاقة ، إنه أقوى بثلاث مرات من معظم مصادر الوقود الأحفوري ، لذا يتطلب الأمر كمية أقل من الهيدروجين لأداء نفس المهام ، هذا هو سبب استخدام الهيدروجين في استكشاف الفضاء لتزويد سفن الفضاء والطائرات والقوارب والسيارات وخلايا الوقود بالوقود.
عيوب الهيدروجين الأخضر
- الهيدروجين متقلب: يعد غاز الهيدروجين وقودًا محفوفًا بالمخاطر للعمل معه بسبب ارتفاع محتواه من الطاقة، وكونه مادة شديدة الاشتعال والتطاير.
- إن إنتاج طاقة الهيدروجين الأخضر مكلف: تعد عمليات إصلاح الميثان بالبخار والتحليل الكهربائي عمليتين مكلفتين يمنع العديد من البلدان من الالتزام بالإنتاج الجماعي، وتجري الأبحاث والتجارب لاكتشاف طريقة رخيصة ومستدامة لإنتاج كمية كافية من الهيدروجين بدون إضافة مزيد من الكربون إلى الغلاف الجوي.
- يصعب تخزين طاقة الهيدروجين: يعتبر الهيدروجين غازًا أخف بكثير من البنزين، مما يجعل من الصعب تخزينه ونقله. لتخزين الهيدروجين، يجب ضغطه في حالة سائلة وتخزينه في درجة حرارة منخفضة. وبسبب كمية الضغط الكبيرة المطلوبة لتخزين الهيدروجين، يصعب نقل الوقود بكميات كبيرة.
- يمكن أن يكون الهيدروجين خطيرًا: يمكن للهيدروجين أن يشتعل بسهولة لدرجة تجعله وقودًا خطيرًا إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح، ولا يتميز الهيدروجين بأي رائحة، لذلك يجب وجود أجهزة استشعار للكشف عن التسربات.
الهيدروجين الأزرق
يستخدم مصطلح “الهيدروجين الأزرق” أو “الهيدروجين منخفض الكربون” عندما يتم التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون المنطلق في عملية إنتاج الهيدروجين الرمادي (80-90٪)، وهو ما يسمى أيضًا CCS: احتجاز الكربون وتخزينه، وقد يحدث هذا في حقول الغاز الفارغة تحت بحر الشمال، ولا يوجد مكان آخر في العالم يتم فيه إنتاج الهيدروجين الأزرق على نطاق واسع.
الدور الذي يلعبه الهيدروجين في تحول الطاقة
في مزيج الطاقة يتم توفير ما يقرب من 20٪ على شكل كهرباء و80٪ على شكل غاز طبيعي أو وقود سائل (بنزين، ديزل)، وفي المستقبل القريب ستزداد حصة الكهرباء المولدة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية بشكل كبير، وبالنسبة لعدد من التطبيقات مثل النقل الثقيل، وعمليات درجات الحرارة المرتفعة في الصناعة والطيران، لا يزال الحل الكهربائي الجيد غير موجود ولا تزال هناك حاجة إلى غاز مستدام، كما يمكن للهيدروجين أن يلعب دورًا مفيدًا هنا بالإضافة إلى ذلك ، يعد الهيدروجين مهمًا في شكل تخزين على نطاق واسع لتلك اللحظات عندما يكون الجو عديم الريح.
الدول التي تعمل أيضًا على الهيدروجين
تعتبر بلدان مثل النرويج وأستراليا والمغرب وتشيلي والمملكة العربية السعودية والصين واليابان نشطة للغاية في استخدام الهيدروجين الأخضر، ويرجع ذلك أساسا إلىٰ توافر (محتمل) كبير للطاقة المتجددة الرخيصة من الرياح أو الطاقة الشمسية أو الطاقة المائية لإنتاج الهيدروجين الأخضر.
الاستثناء من ذلك هو اليابان، التي تعتمد إلى حد كبير على الواردات لتزويدها بالطاقة وقد وضعت استراتيجية واسعة لاستيراد الهيدروجين (الأخضر)، وتلعب دورا رئيسيا في تطوير التكنولوجيا، وتتمتع هولندا بوضع جيد بفضل إمكانياتها الكبيرة في طاقة الرياح في بحر الشمال واحتياجها لطاقة صناعية ذات استهلاك عال التي تتطلب التزاما قويا بالاستدامة.
تعد الصين واليابان والهند والبرازيل من الدول الرائدة التي تعتمد على الاقتصاد الدائري للكربون.
لماذا سنستخدم الهيدروجين
الهيدروجين مهم بشكل خاص لصناعة المعالجة ويتم استخدامه الآن بشكل أساسي لإنتاج الأسمدة ولكن في المستقبل يمكن استخدامه أيضًا في العمليات ذات درجات الحرارة المرتفعة مثل إنتاج الصلب الذي يستخدم الآن الغاز الطبيعي أو الفحم، وبالإضافة إلى ذلك، سيلعب الهيدروجين دورًا في التنقل، على سبيل المثال للحافلات بين المدن التي يجب أن تغطي مسافات أطول وحيث لا تكون القيادة الكهربائية حلاً.
مخاطر الهيدروجين
– الهيدروجين هو غاز خفيف جدا وشديد الاشتعال، وهذا يشكل عائقا لاستخدامه كوقود. يتم استخدامه في وسائل النقل تحت ضغوط تصل إلى 700 بار، مثل أي غاز آخر. من الضروري التعامل بحذر شديد مع غاز الهيدروجين أثناء الإنتاج والنقل والاستخدام، ويجب ترك التعامل مع الهيدروجين للشركات المتخصصة. إذا كان سيتم استخدام الهيدروجين في خطوط الأنابيب الحالية للغاز، من المهم إجراء مزيد من البحوث لفهم كيفية تصرف الهيدروجين الفعلي في العملية العملية. يعتبر الهيدروجين أخف من الغاز الطبيعي ويمكنه الهروب بسهولة أكبر من الصمامات وموانع التسرب