يؤيد الكثيرون فكرة أن الهيدروجين يمكن أن ينقذ العالم من مصائد أزمة الطاقة ومعضلة المناخ ، لكن تنفيذ هذا الحل ليس بالأمر السهل ، بالنظر إلى أن تخزين هذه المواد مكلف. الذي يطرح السؤال التالي: هل يمكن للهيدروجين أن يحقق ثورة في الطاقة أم أنه مجرد وهم؟
في هذا التقرير الذي نشرته مجلة Marian (ماريانقال الكاتب الفرنسي بيير ويندجينستي إن فرنسا تنوي اعتماد الهيدروجين لتوليد الكهرباء ، حيث خصصت الحكومة برنامجًا دقيقًا بميزانية كبيرة لتشجيع البحث والصناعة في هذا المجال على مدى عشر سنوات.
أين التعقيد؟
يكمن التعقيد في كيفية الحصول على الهيدروجين ، حيث يُعرف بأنه المكون الكيميائي الأكثر شيوعًا في الكون ، حيث أن ذراته تتكون من الماء والوقود الأحفوري ، على غرار الفحم والنفط والغاز الطبيعي.
يُستخرج الهيدروجين من الجزيئات التي تحتوي على الهيدروجين والكربون مثل الميثان ، وهو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي. أو من الماء عن طريق فصل الهيدروجين إلى أكسجين بمساعدة الكهرباء فيما يسمى بالتحليل الكهربائي.
لا تأتي هذه الكهرباء بشكل أساسي من مصادر الطاقة النظيفة ، ولكن من مصادر الطاقة منخفضة الكربون: مثل السدود والطاقة الحرارية الأرضية وتوربينات الرياح والطاقة الشمسية والطاقة البحرية والطاقة النووية. لكن الهدف هو إنتاج الهيدروجين “الأخضر” دون إنتاج غازات ضارة وملوثة.
وأوضح المؤلف أن إنتاج الطاقة مع الهيدروجين يتم من خلال تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين ، والذي يحدث تقليديًا أثناء عملية الاحتراق التي تنتج حرارة يمكن تحويلها إلى طاقة ، أو بالطريقة الحديثة باستخدام “خلية وقود” تنتج حرارة أقل مقابل المزيد من الكهرباء.
الطاقة الكهربائية المتولدة من الهيدروجين لها ضعف ملحوظ ، وهي طريقة تخزينها (Shutterstock)تخزين
تتمثل إحدى نقاط الضعف الكبيرة في الطاقة الكهربائية الناتجة عن الهيدروجين في طريقة تخزينها. الطريقة الأكثر موثوقية هي تخزين البطارية.
ومع ذلك ، فإن هذا يثير العديد من القضايا ، مثل انخفاض “كثافة الطاقة” ، خاصة من حيث الوزن ، حيث أن استبدال خزان سيارة بحجم عدة عشرات من لترات البنزين يتطلب بطارية تزن مئات الكيلوجرامات. ويتطلب تصنيع هذه البطاريات كميات كبيرة من المعادن.
يحتوي الهيدروجين نفسه على كثافة طاقة عالية بالوزن ، حيث يمكن استبدال 3 كيلوغرامات من البنزين بواحد كيلوغرام من الهيدروجين. باستخدام كيلوغرام واحد من الهيدروجين ، يمكن للسيارة أن تقطع مسافة 100 كيلومتر.
لكن الأمور تصبح معقدة عندما نحلل كثافة الطاقة من حيث الحجم ، فالهيدروجين هو أخف الغازات بشكل عام ، لأنه يزن لترًا واحدًا منه عند الضغط الطبيعي وعند درجة الحرارة العادية فقط 90 ملليجرامًا ، والكيلوغرام منه لا يشغل سوى 11 مترًا مكعبًا.
ويمكننا تخزين الهيدروجين لأننا نعرف كيف نغير كثافته بطرق مختلفة من خلال الضغط ، لكن عملية تخزين الهيدروجين ، بدورها ، تستهلك الكثير من الطاقة. تعتبر عملية سائل الهيدروجين أكثر تعقيدًا لأنها تتطلب استهلاكًا أكبر للطاقة ودرجة حرارة أقل (-253 درجة مئوية). يتطلب تخزين الهيدروجين في درجة حرارة وضغط عاديين بعض المواد الصلبة أو السوائل.
من عيوب بعض المصادر الجديدة للطاقة المتجددة أنها متقطعة ، ونحن بحاجة إلى تخزين الطاقة التي تنتجها عند وجود الرياح أو الشمس أو التيار أو الأمواج ، لاستخدامها لاحقًا عند الحاجة. ويتطلب موارد تخزين ضخمة.
لذلك فإن الهيدروجين هو الحل الأنسب لأن خزاناته الكبيرة هي بديل جيد للبطاريات الضخمة التي تسبب الكثير من المشاكل.
استخلاص كيلوغرام واحد من الهيدروجين من الغاز الطبيعي ينتج عنه 9 أو 10 كيلوغرامات من ثاني أكسيد الكربون (Shutterstock)مساوئ انتاج الهيدروجين
تستهلك فرنسا 900 ألف طن من الهيدروجين كل عام ، 95٪ منها ينتج من الغاز الطبيعي. وفقًا لفيليب باكلي ، رئيس فرنسا للهيدروجين ، “ينتج عن إنتاج كيلوغرام واحد من الهيدروجين من الغاز الطبيعي 9 أو 10 كيلوغرامات من ثاني أكسيد الكربون”.
يوضح Javier Vigor ، رئيس قسم تكنولوجيا الهيدروجين في Air Liquide Group ، “هناك ثلاث طرق لإنتاج الهيدروجين باستخدام التحليل الكهربائي للماء ، تتطلب اثنتان منها درجة حرارة منخفضة وهما التحليل الكهربائي القلوي والتحليل الكهربائي بواسطة أغشية التبادل البروتوني ، بينما تتطلب الطريقة الثالثة درجة حرارة عالية (بين 700 و 800 درجة مئوية) درجة مئوية). “
يضيف فيجور: “أقدم عملية – ولا تزال الأرخص – هي التحليل الكهربائي القلوي. ولا تزال أكبر وحدات إنتاج الهيدروجين تتبنى هذا المبدأ الكيميائي العملي الذي يتطلب تيارًا مستمرًا بين القطبين المغموسين في الماء. تحت تأثير الكهرباء ، يتحلل الماء إلى هيدروجين وأكسجين”.
وفقًا لفيجور ، “يظل العيب الرئيسي لهذه الطريقة هو استخدام المعادن الثمينة مثل البلاتين والإيريديوم ، لذا فإن الهدف من الدراسة هو تقليل كميتها في عملية الإنتاج” ، مشددًا على أن “أكبر مصنع للتحليل الكهربائي للهيدروجين في العالم يتم بناؤه حاليًا في كيبيك”.
سيكون الهيدروجين الأخضر بديلاً مرحبًا به للملوثات التي تم استخدامها لفترة طويلة في بعض القطاعات الصناعية (شوترستوك)منظف الهيدروجين
هناك طرق عديدة لإنتاج هيدروجين أنظف. قال فيليب باكلي ، المدير العام للشركة التي تدير شبكة نقل الغاز الفرنسية: “سيكون الهيدروجين الأخضر موضع ترحيب ليحل محل الهيدروجين الملوث الذي يستخدم منذ فترة طويلة في قطاعات صناعية معينة”.
تضمنت مقالة مؤخرًا عن طاقة الهيدروجين نصيحة تنكر وجود مناجم الهيدروجين الطبيعية. لكن هل هذه المعلومة صحيحة؟
تقول إيزابيل مورتي ، الباحثة في جامعة باو وات دي بيس دي أدور ، “في قرية بوركي بوغو الصغيرة ، على بعد حوالي 60 كم من باماكو ، كان يحفر المياه على عمق 100 متر. يحتوي على 96٪ هيدروجين نقي يوفر الكهرباء للقرية حاليا. “
وتضيف: “ليس من المستحيل أن تحتوي التربة التحتية على هيدروجين محلي”. ويتابع مورتي قائلاً: “إن غمر الصخور المحتوية على معادن ، بما في ذلك الحديد والمغنيسيوم في الماء ، يؤدي إلى أكسدة هذه الصخور وبالتالي إطلاق الهيدروجين”.
وقال مورتي إنه “تم تحديد عدة مواقع تحدث فيها ظاهرة مماثلة في مناطق مثل كانساس وأستراليا والبرازيل. لكن أكثر المواقع إثارة للاهتمام في البحر والاستكشاف هناك مكلف للغاية. ومع ذلك ، من الضروري دراسة هذه الظواهر أولاً وتحديد الظروف الجيولوجية المناسبة”.
