اكبر دولة مصدرة للهيدروجين

الهيدروجين

الهيدروجين مادة غازية ليس لها لون ولا رائحة ولا طعم ، قابلة للاشتعال وهي أبسط عضو في عائلة العناصر الكيميائية ، ويرمز للهيدروجين برمز H ، وتحتوي ذرة الهيدروجين على نواة تتكون من بروتون يحمل وحدة واحدة من الشحنة الكهربائية الموجبة ، يرتبط الإلكترون الذي يحمل وحدة واحدة من الشحنة الكهربائية السالبة ، بهذه النواة أيضاً ، وأول خاصية كيميائية مهمة معروفة للهيدروجين هي أنه يحترق بالأكسجين لتكوين الماء ، واسم الهيدروجين مشتق من الكلمات اليونانية التي تعني “صانع الماء”.

ما هي اكبر دولة مصدرة للهيدروجين

يعتبر الهيدروجين وقودا رئيسيا للحد من تغير المناخ، وتخطط المملكة العربية السعودية لتصبح أكبر مصدر للهيدروجين خاصة الهيدروجين الأخضر والأزرق. تستطيع المملكة العربية السعودية، بفضل الاحتياطيات الكبيرة من الغاز الطبيعي، إنتاج الهيدروجين الأزرق، وهو شكل من الوقود يتم إنتاجه عن طريق إعادة تشكيل الغاز لالتقاط ثاني أكسيد الكربون الناتج الثانوي. قد شحنت المملكة العربية السعودية أول شحنة في العالم من الهيدروجين الأزرق وتم تحويلها إلى أمونيا

تخطط المملكة العربية السعودية أيضا لتوليد الهيدروجين من الطاقة الشمسية، وهو ما يسمى الهيدروجين الأخضر، في مدينة نيوم التي تقع على البحر الأحمر، وعن طريق إضافة الهيدروجين إلى النفط الخام الذي تنتجه وتبيعه بالفعل، تأمل المملكة العربية السعودية في الحفاظ على دورها كمورد هام للطاقة، حيث تعد واحدة من الدول الرائدة في إنتاج الهيدروجين وفقا لتصنيف الدول حسب إنتاج الهيدروجين

عدد ذرات الهيدروجين

في الحالات العادية، يكون غاز الهيدروجين عبارة عن تجمع من جزيئات الهيدروجين السائبة، حيث يتكون كل جزيء من زوج من الذرات، ويعرف الجزيء الثنائي الذري للهيدروجين بالرمز H2. يتفاعل الهيدروجين بسهولة مع العناصر الأخرى لتكوين عدد كبير من الجزيئات المختلفة التي تستخدم بكثرة في حياتنا اليومية، ويعتبر الهيدروجين العنصر الكيميائي الأكثر شيوعا، ويقدر أن ذرات الهيدروجين تشكل نسبة 75٪ من كتلة الكون.

مشتقات الهيدروجين

للهيدروجين ثلاثة نظائر ، فيما يلي نتعرف عليهم :

• الأعداد الكتلية لنظائر الهيدروجين هي 1 و 2 و 3 ، والأكثر وفرة ، هو نظير الكتلة 1 المسمى بشكل عام الهيدروجين ويرمز له H ، أو 1 H ولكن يُعرف أيضًا بأسم البروتيوم .
• يتكون “نظير الكتلة 2” من نواة بروتون واحد ونيوترون واحد، ويطلق عليه اسم “الديوتيريوم” أو “الهيدروجين الثقيل”، ويرمز له بـ D أو 2 H. ويشكل 0.0156 بالمائة من الهيدروجين العادي في الخليط.
• التريتيوم، ويرمز له بالرمز T أو 3H، هو نظير الكتلة 3 ويحتوي على بروتون ونيوترونين في كل نواة، ويشكل حوالي 10^-15 إلى 10^-16 بالمائة من الهيدروجين.

تفاعلات الهيدروجين

يمكن أن يتفاعل الهيدروجين الجزيئي مع العديد من العناصر والمركبات ، ولكن في درجة حرارة الغرفة ، وتكون معدلات التفاعل منخفضة جدًا وبالتالي تكون ضئيلة ، ويرتبط هذا الخمول الظاهر جزئيًا بطاقة التفكك العالية جدًا للجزيء ، ومع ذلك ، تكون معدلات التفاعل مرتفعة في درجات الحرارة المرتفعة.

• يمكن أن تتسبب الشرارات أو بعض الإشعاعات في تفاعل خليط من الهيدروجين والكلور بشكل متفجر لإنتاج كلوريد الهيدروجين ، كما هو موضح في المعادلة: H 2 + Cl 2 → 2HCl.
• تتفاعل مخاليط الهيدروجين والأكسجين عند درجة حرارة تزيد عن 300 درجة مئوية فقط، وفقًا للمعادلة 2H2 + O2 → 2H2O.
• تشتعل هذه الخلائط التي تحتوي على نسبة من الهيدروجين تتراوح بين 4 إلى 94 بالمائة، عندما يتم تسخينها إلى درجة حرارة تتراوح بين 550 درجة مئوية و 600 درجة مئوية، أو عندما يتم لمسها أو وجود محفز أو شرارة أو لهب.
• يعتبر انفجار مزيج 2: 1 جزء من الهيدروجين والأكسجين بشكل عنيف جدا.
• تتفاعل جميع المعادن والفلزات تقريبًا مع الهيدروجين عند درجات حرارة عالية.
• تقلل الهيدروجين أكاسيد معظم المعادن والعديد من الأملاح المعدنية للمعادن في درجات حرارة وضغوط مرتفعة.
• على سبيل المثال، يحدث رد فعل بين غاز الهيدروجين وأكسيد الحديد، مما يؤدي إلى إنتاج المعدن الحديد والماء، بالإضافة إلى H2
• يقلل غاز الهيدروجين كلوريد البلاديوم لتكوين معدن البلاديوم وكلوريد الهيدروجين ، H 2 + PdCl 2 → Pd + 2HCl.

استخدامات الهيدروجين

يعتبر الهيدروجين ناقلًا رائعًا للطاقة النظيفة، وتوجد العديد من الاستخدامات المختلفة للهيدروجين، وتشمل:

صناعة الفضاء

منذ بداية صناعة الفضاء ، لعب الهيدروجين دورًا مهمًا كوقود للصواريخ ، وهذا لأنه الوقود الذي يركز على أكبر قدر من الطاقة ، فيكون 1 كجم من الهيدروجين يحتوي على 3 أضعاف الطاقة من 1 كجم من البنزين ، وهذا معيار مهم للمشغل لأنه لابد أن يكون خفيفاً ، ويستخدم الهيدروجين السائل والأكسجين السائل مجتمعين  لإطلاق الصاروخ الأوروبي آريان 5  ، وينتج عن احتراق الهيدروجين كمية هائلة من البخار ، والتي يتم نفخها بسرعة عالية جدًا عبر أنبوب الذيل لمحرك فولكاين ، وطرد الغاز بسرعة عالية هو الذي يدفع الصاروخ.

الطاقة

يتم استخدام الهيدروجين لإنتاج طاقة نظيفة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، حيث يتم استخدامه لتزويد المناطق النائية غير المتصلة بشبكة الكهرباء بالطاقة والأماكن الحساسة التي تتطلب أنظمة طاقة احتياطية موثوقة ومولدات الطاقة المحمولة المستخدمة في الأحداث الخارجية، ولكن قد تواجه بعض الصعوبات في استخدام الهيدروجين كوقود

النقل النظيف

يمكن للهيدروجين المستخدم في خلايا الوقود أن ينتج الكهرباء مباشرة داخل مركبة تحتوي على محرك كهربائي، وتكون هذه المركبات خالية من الانبعاثات وتطلق الماء فقط. يتطلب إنتاج الهيدروجين طاقة، ولذلك يعتبر ناقلا للطاقة مثل الكهرباء، وليس مصدرا أساسيا للطاقة، مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي وبعض مصادر الطاقة المتجددة، مثل الاقتصاد الدائري للكربون

الصناعة

 يعتبر الهيدروجين غازًا شديد التفاعل، ويتم استخدامه على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية لإنتاج مواد مختلفة.

• في مجال الإلكترونيات، يُستخدم الهيدروجين كغاز ناقل للغازات النشطة في تطبيقات مختلفة مثل تصنيع المكونات الإلكترونية، ويوفر حماية ممتازة ضد الشوائب والأكسدة.
• يتم استخدامه في مجال الكيمياء الصناعية، ويتمتع بالعديد من التطبيقات، فمثلاً يمكن دمجه مع النيتروجين لإنتاج النشادر الذي يستخدم كأساس للأسمدة، كما يستخدم في تصنيع الألياف النسيجية مثل النايلون ورغوة البولي يوريثان والعديد من المواد البلاستيكية.
• في صناعة الزجاج، يتطلب تصنيع الزجاج المسطح المستخدم في الشاشات المسطحة استخدام عملية التعويم التي يتم فيها تحريك الزجاج بلطف على سطح القصدير المنصهر، ويتم استخدام الهيدروجين النقي كغاز وقائي.
• يستخدم الهيدروجين في علم المعادن في عمليات المعالجة الحرارية التي تساعد على إنتاج أجزاء ميكانيكية أو تغيير خصائص المواد المعدنية.

البيئة

أهم استخدام حالي للهيدروجين هو إزالة الكبريت من الهيدروكربونات لإنتاج وقود خالٍ من الكبريت ، تحتوي مصادر الطاقات الأحفورية مثل النفط الخام بشكل طبيعي على الكبريت ، وينتج عن احتراق الوقود المحتوي على الكبريت أكاسيد الكبريت SOx ، وتسبب هذه الغازات المهيجة عددًا من أمراض الجهاز التنفسي الخطيرة ،كما أنها تسهم في تلوث الغلاف الجوي ، وبالإضافة إلى ذلك ، يتداخل الكبريت مع عمل أنظمة العادم الحفزية.