لتحقيق بيئة خالية عبر الكربون، ولتحقيق هدف اتفاقية باريس للحفاظ على ازدياد متوسط ​​درجة الحرارة العالمية أقل بكثير عبر 2 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة، تبذل الحكومات قصارى جهدها لإيجاد بديل عن الوقود الأحفوري، ولم تجد أفضل عبر الهيدروجين واستخداماته كوقود للنقل والتدفئة وتخزين الطاقة، للوصول إلى نظام يوفر طاقة متجددة بنسبة 100%.

مصادر الهيدروجين

الهيدروجين عبر أكثر العناصر وفرة في الكون، ويمكن إنتاجه عبر مجموعة متنوعة عبر الموارد المحلية، ويُعد الغاز الطبيعي هو المصدر الأكبر للهيدروجين ويستخرج الأخير منه باستخدام تقنية تسمى إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار. ويُعد الماء ثاني أكبر مصدر للهيدروجين، ويمكن تقسيم ذرات الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء المتجددة عبر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، وتسمى هذه التقنية بالتحليل الكهربائي للماء، ويمكن لخلية الوقود عكس هذه العملية، وتوليد الطاقة عبر الهيدروجين والأكسجين.

هناك الكثير عبر الطرق التي يستخرج منها الهيدروجين، على سبيل المثال؛ تستخدم العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية الضوء كعامل لإنتاج الهيدروجين. وتستخدم العمليات الكهروكيميائية الضوئية أشباه موصلات متخصصة لفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين. وتستخدم الميكروبات في العمليات الحيوية لإنتاج الهيدروجين عبر التفاعلات الحيوية، وكذلك تفكك الميكروبات المواد العضوية لإنتاج الهيدروجين.

هذه محاولات الحصول على وقود هيدروجيني

في أحدث المحاولات للحصول على الوقود الهيدروجيني بسهولة وبتكاليف أقل، تعمل شركة النفط ريبسول على تطوير تقنية لتحويل الطاقة الشمسية والمياه مباشرة إلى هيدروجين متجدد، بدون المستوى المتوسطة للتحليل الكهربائي. وتتميز هذه التقنية الجديدة أنها لا أنت بحاجة إلى الكهرباء. وبالتالي،عدم الاعتماد على ثمن الكهرباء الذي يشجميع 70-75٪ عبر تكاليف الإنتاج.

وفي محاولة أخرى دمج فريق عبر الباحثين تقنية تنقية المياه في محلل كهربائي لمياه البحر، يستخدم تياراً كهربائياً لفصل الهيدروجين والأكسجين في جزيئات الماء. هذه الطريقة الجديدة لتقسيم مياه البحر يمكن حتى تسهل تحويل طاقة الرياح والطاقة الشمسية إلى وقود هيدروجيني قابل للتخزين والحمل.

أيضاً طورت مجموعة أخرى عبر الباحثين عبر المملكة المتحدة والصين والمملكة العربية السعودية تقنية جديدة تحول النفايات البلاستيكية إلى هيدروجين، وأنابيب نانوية كربونية عن طريق سحقها باستخدام أفران ميكروويف بها أكسيد الحديد وأكسيد الألومنيوم، واستغرقت عملية التحويل 30-90 ثانية فقط، وأسفرت عن معدل استرداد 97٪ عبر الهيدروجين المتولد، والذي يمكن استخدامه كوقود.

أنواع الوقود الهيدروجيني

للوقود الهيدروجيني أنواع مختلفة؛ هناك الهيدروجين الرمادي؛ هو الشجميع السائد حالياً لتصنيع الهيدروجين، ولكن نظراً لأنه مصنوع عبر الوقود الأحفوري، فلا يُعد صديقاً للبيئة على الإطلاق. وهناك الهيدروجين الأزرق؛ هو الذي يتم فيه عزل ثاني أكسيد الكربون المنبعث أثناء إنتاج الهيدروجين الرمادي عن طريق احتجاز الكربون وتخزينه، وبالتالي إنتاج طاقة بانبعاثات منخفضة جداً، وهذه الطريقة تخشىض انبعاث ثاني أكسيد الكربون بنسبة 90-95% تقريباً.

النوع الثالث هو الهيدروجين الأخضر؛ وهو المصنوع عبر التحليل الكهربائي باستخدام الطاقة المتجددة، هو الإصدار الوحيد عبر الوقود الخالي عبر ثاني أكسيد الكربون عند نقطة الاستخدام وعند نقطة الإنتاج.

فوائد الوقود الهيدروجيني

يفضل الوقود الهيدروجيني في النقل لكونه وقوداً عديم الانبعاثات الكربونية وأيضاً لفوائده الكثيرة، والتي أحد أبرزها؛ أنه يوفر أوقات إعادة التزود بالوقود، فبالنسبة لسيارة ركاب نموذجية، يستغرق الأمر عبر ت-5 دقائق للحصول على خزان تام يوفر مسافة قيادة تزيد عن 480 كيلومتر، وبأداء مكافئ لمركبات البنزين والديزل، بينما تتطلب السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية ما لا يقل عن نصف ساعة لنطاق يصل إلى 160 كيلومتر.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تطبيق البنية التحتية للهيدروجين بطريقة مماثلة للوقود التقليدي في جميع محطة وقود. أما عند مقارنته بشحن السيارة الكهربائية بالبطارية، لا يحتاج الهيدروجين أي ترقيات مجميعفة ومعقدة للشبكة الكهربائية أو هجريب أجهزة الشحن في جميع منزل. كما حتى خلايا الوقود الهيدروجينية وتكاليف التخزين أقل مقارنة بالبطاريات، وبالتالي يمكن للهيدروجين حتى يحقق مدى طويل دون المساس بالقدرة على تصنيع المركبات بأسعار معقولة.

الهيدروجين آمن مثل البنزين، أو من الممكن أكثر أماناً، ففي حال حدوث تسرب عبر خزان السيارة، ينتشر الهيدروجين في المناطق المحيطة بسرعة أكثر عبر البنزين. وإذا أشتعل الوقود، فإذا الهيدروجين يحترق بسرعة وينبعث منه حرارة إشعاع أقل، وبالتالي فإذا التأثير على المناطق المحيطةقد يحدث محدوداً. ومع ذلك، تم تصميم خزانات الهيدروجين لتجنب أي تسرب ويمكنها تحمل الاصطدامات الشديدة. أما على متن السيارة، تحوّل خلية وقود الهيدروجين إلى كهرباء باستخدام الهواء عبر المناطق المحيطة، مع إنتاج الماء كعادم وحيد.

الوقود الهيدروجيني في جميع مكان

تتسارع شركات النقل البري والبحري والجوي لاستبدال الوقود الهيدروجيني محل الوقود الأحفوري، ففي أحدث المحاولات تمكنت الهند عبر تسيير أول سيارة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين بنجاح، تم إجراء التجارب على سيارة ركاب ذاتخمسة مقاعد تعمل بالبطارية وتم تحديثها وتزويدها بمجموعة خلايا الوقود، وبخزان هيدروجين تجاري، مع سعة تبلغ حوالي 1.75 كجم عبر غاز الهيدروجين المخزن عند ضغط 350 بار، يمكن للسيارة حتى تعمل لمسافة 250 كيلومتراً تقريباً في ظل ظروف الطريق الهندي النموذجية بسرعات معتدلة عبر 60 إلى 65 كيلومتراً في الساعة.

أما في اليابان، فقد أعربت شركة صناعة السيارات العملاقة تويوتا عن اتفاقية مع زميلتها اليابانية هينو لإنتاج شاحنة تعمل بخلايا الوقود، ولا تصدر شيئاً سوى الماء، ومن المتسقط إطلاقها في النصف الأول عبر عام 2021.وتخطط أنتلترا لمد شبكة سكك حديدية عالية السرعة تحت سطح البحر بين الدنمارك والمملكة المتحدة، وسيبلغ طوله 765 كيلومتراً وستعمل قطاراتها بالوقود الهيدروجيني.

وفي مجال الطيران، غيرت شركة إيرباص هذا العام هجريزها لتطوير بطاريات الطائرات الهيدروجينية، والتي تتسقط حتى تطير بحلول عام 2035. واستطاعت شركة زيرو أفيا إكمال أول رحلة ركاب لمدة 20 دقيقة بطائرة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين في العالم، تمت الرحلة في طائرة بايبر ذات الحجم التجاري بستة مقاعد والتي تم دعمها بخلايا وقود الهيدروجين. يذكر حتى صناعة الطيران تشجميع حالياً 3٪ عبر إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

أما السفن تتطلب هندسة وقدرات فريدة ومزيداً عبر المتانة ومراعاة التأثيرات البيئية مثل الاهتزاز، قبل تسييرها في البحار وخاصة في المحيط الهاديء، لكن تسعى الكثير عبر الشركات إلى خلق خلية وقود هيدروجيني عالية الطاقة وخفيفة الوزن بحلول العام 2024.

عند الإنتنطق للمنازل؛ طورت شركة لافو نظام تخزين حديث للطاقة الهيدروجينية في المنازل والشركات، باستخدام الطاقة عبر الألواح الشمسية على الأسطح لإنتاج الهيدروجين عبر الماء عن طريق التحليل الكهربائي. يتم تخزين الغاز في حاوية هيدريد معدني ويتم تحويله مرة أخرى إلى كهرباء عند الحاجة باستخدام خلية وقود. وسيكون كافياً لتزويد منزل متوسط ​​لأكثر عبر يومين.