طاقة الهيدروجين.. تعرف عليها وكيفية إنتاجها

طاقة الهيدروجين أو الطاقة الهيدروجينية هي فرع للطاقة يعتمد على استخدام الهيدروجين كوسيلة لشحن ونقل وإنتاج واستهلاك الطاقة.

يتم اختيار الهيدروجين باعتباره العنصر الأكثر شيوعًا على سطح الأرض وفي الفضاء، وتكون حرارة احتراق الهيدروجين بحد أقصى، ويكون ناتج الاحتراق في الأوكسجين هو الماء، والذي يتم إدخاله أيضًا في دورة طاقة الهيدروجين، وتشير طاقة الهيدروجين إلى الطاقة البديلة.

يتوزع الهيكل العالمي لإنتاج الهيدروجين على ثلاثة مصادر رئيسية، 18٪ يأتي من معالجة الفحم، 4.3٪ يتم توفيره بواسطة الهيدروجين الأخضر المنتج من خلال مصادر الطاقة المتجددة (RES) وبشكل أساسي من التحليل الكهربائي للماء.

وأخيرًا الغالبية العظمى، وهي 78٪ هي معالجة الغاز الطبيعي والنفط.

إنتاج طاقة الهيدروجين

قد يهمك أيضًا كيف ستكون الحياة بعد 100 عام؟

في الوقت الحالي الأكثر جدوى من الناحية الاقتصادية هو إنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري.

ومن الممكن تقليل مستوى انبعاثات الكربون في القطاعات الصناعية بسبب الهيدروجين الذي تم الحصول عليه باستخدام تقنيات منخفضة الكربون.

لذلك من الممكن استخدام تقنيات لالتقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون، وكذلك التحليل الكهربائي للمياه، باستخدام الطاقة بشكل أساسي من المنشآت النووية والمائية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية.

يعتمد التدرج اللوني للهيدروجين على طريقة إنتاجه والبصمة الكربونية؛ أي كمية الانبعاثات الضارة.

 الأخضر: يُنتَج باستخدام الطاقة من مصادر متجددة عن طريق التحليل الكهربائي للمياه، ويعتبر الأكثر نظافة.

أزرق: ينتج من الغاز الطبيعي، في هذه الحالة يتراكم ثاني أكسيد الكربون في مرافق التخزين الخاصة.

وردي، أحمر، أصفر: ينتج باستخدام الطاقة الذرية.

في إنتاج الهيدروجين الرمادي تذهب الانبعاثات الضارة إلى الغلاف الجوي.

تبلغ تكلفة الهيدروجين الأخضر حوالي 10 دولارات للكيلوغرام وهو غير مربح على الإطلاق بحسب رئيس صندوق أمن الطاقة الوطني، أما الهيدروجين الأزرق والأصفر فهما أرخص بعدة مرات من الهيدروجين الأخضر بدولارين للكيلوغرام الواحد.

يوجد حاليًا العديد من الطرق للإنتاج الصناعي للهيدروجين، تم تطوير تقنيات لإنتاج الهيدروجين من النفايات والإيثانول وخبث المعادن والكتلة الحيوية وتقنيات أخرى.

إعادة التكوين البخاري للغاز الطبيعي (الميثان) حاليًا

قد يهمك أيضًا أرخص عشر سيارات في العالم

يتم إنتاج ما يقرب من 90-95٪ من كل الهيدروجين بهذه الطريقة، يتم خلط بخار الماء عند درجة حرارة 700 - 1000 درجة مئوية مع الميثان تحت ضغط في وجود محفز، تكلفة العملية 2-5 دولارات للكيلوغرام الواحد من الهيدروجين.

تغويز الفحم

هي أقدم طريقة لإنتاج الهيدروجين ومن ثم طاقة الهيدروجين، حيث يتم تسخين الفحم ببخار الماء عند درجة حرارة 800 - 1300 درجة مئوية دون هواء.

تم بناء أول مولد غاز في بريطانيا العظمى في الأربعينات من القرن التاسع عشر، تكلفة العملية 2 - 2.5 دولار لكل كيلوغرام من الهيدروجين.

استخدام الطاقة الذرية

التحليل الكهربائي للماء في درجات حرارة عالية، تكلفة العملية 2.33 دولار لكل كيلوغرام من الهيدروجين.

التحليل الكهربائي للماء

 2 H 2 O → + E 2 H 2 + O 2 {\ displaystyle {\ ce {2H2O -> [+ E] 2H2 + O2))} {\ displaystyle {\ ce {2H2O -> [+ E] 2H2 + O2}}}

يحدث التفاعل العكسي في خلية الوقود، تكلفة العملية 6-7 دولارات للكيلوغرام الواحد من الهيدروجين.

طاقة الهيدروجين من الكتلة الحيوية

يتم الحصول على الهيدروجين من الكتلة الحيوية بطرق كيميائية حرارية أو كيميائية حيوية.

في الطريقة الحرارية الكيميائية يتم تسخين الكتلة الحيوية دون الوصول إلى درجة حرارة تصل إلى 500-800 درجة مئوية لنفايات الخشب، وهي أقل بكثير من درجة حرارة عملية تغويز الفحم، تُطلق العملية H2 وCO وCH4.

قد يهمك أيضًا السيارات الكهربائية مستقبل القيادة

تكلفة العملية 5-7 دولارات للكيلوغرام الواحد من الهيدروجين.

في العملية الكيميائية الحيوية لتثبيت النيتروجين يتم إنتاج الهيدروجين بواسطة بكتيريا مختلفة، على سبيل المثال رودوباكتر سبريوديس.

البنية التحتية للإنتاج والتسليم

من الممكن خفض سعر الهيدروجين في بناء البنية التحتية لتسليم وتخزين الهيدروجين، هناك 750 كيلومترًا قيد التشغيل في الولايات المتحدة و1500 كيلومتر في أوروبا من أنظمة خطوط أنابيب الهيدروجين.

تعمل خطوط الأنابيب بضغط 10-20 بار، وهي مصنوعة من أنابيب فولاذية بقطر 25-30 سم.

أقدم خط أنابيب للهيدروجين يعمل في منطقة الرور الألماني، 210 كيلومترات من خط الأنابيب تربط 18 منتجًا ومستهلكًا للهيدروجين؛ يعمل خط الأنابيب منذ أكثر من 50 عامًا، يقع أطول خط أنابيب بطول 400 كيلومتر بين فرنسا وبلجيكا.

مع تعديلات طفيفة يمكن نقل الهيدروجين عبر خطوط أنابيب الغاز الطبيعي الموجودة.

يستخدم الهيدروجين حاليًا بشكل رئيسي في العمليات التكنولوجية لإنتاج البنزين وإنتاج الأمونيا.

 التطبيقات الثابتة الصغيرة

إنتاج الطاقة الكهربائية والحرارية في خلايا الوقود بطاقة من 0.75 كيلوواط إلى 10 كيلوواط.

تبلغ سعة محطات الطاقة المنزلية 0.75 - 1 كيلو وات، وهي مصممة لتوليد الكهرباء لمدة 8 ساعات في اليوم وتوليد الحرارة والماء الساخن على مدار 24 ساعة في اليوم، تم تصميم التركيبات بقوة 5 كيلو واط لعدة منازل ريفية، وهي غالبًا ما تستخدم فقط لتوليد الكهرباء.

ترجع شعبية التركيبات المنزلية الصغيرة (الكهرباء + التدفئة) إلى حقيقة أنها تتمتع بكفاءة عالية، وانبعاثات منخفضة من ثاني أكسيد الكربون.

ويمكن دمجها بسهولة في البنية التحتية الحالية، تشغل محطة الطاقة هذه حجمًا مشابهًا للغلاية المحلية ويمكن أن تعمل بالغاز الطبيعي.

في عام 2005م تم تركيب أكثر من 900 محطة صغيرة جديدة لتوليد الطاقة الهيدروجينية الثابتة في جميع أنحاء العالم (30٪ أكثر من عام 2004م).

قد يهمك أيضًا لماذا غيرت شركة "FACEBOOK" اسمها إلى "META"؟

في عام 2006م تم تركيب حوالي 1500م محطة طاقة صغيرة جديدة في جميع أنحاء العالم، وفي نهاية عام 2006م كان هناك حوالي 5000 محطة صغيرة لتوليد الطاقة الهيدروجينية-طاقة الهيدروجين- قيد التشغيل في جميع أنحاء العالم.

تهيمن تقنيتان: PEM (تبادل البروتون) وSOFC (أكسيد صلب) تم تصنيع حوالي 75٪ من المصانع في عام 2005م باستخدام تقنية PEM، وحوالي 25٪ - SOFC.

في عام 2006م كما في 2005م تم تثبيت معظم التطبيقات الصغيرة في اليابان

أعلنت مؤسسة الطاقة الجديدة اليابانية (NEF) عن بدء مشروع تجريبي متعدد السنوات لاستخدام خلايا الوقود الثابتة الصغيرة، سيتم دعم تركيب 6400 خلية وقود.

وفي عام 2005م بلغت تكلفة محطة هيدروجين منزلية بقدرة 1 كيلو وات في اليابان 10 ملايين ين (حوالي 87000 دولار أمريكي)، وتكلفت أعمال التركيب مليون ين ياباني أخرى، وبحلول منتصف عام 2008م تم تركيب حوالي 3000 محطة طاقة منزلية تعمل بخلايا وقود الهيدروجين في اليابان، وانخفضت تكلفتها إلى 2 مليون ين (حوالي 19000 دولار).

قد يهمك أيضًا

-عن الديناميكا الحرارية

-التخلص من التفكير المفرط "الزائد"

مهندس ميكانيك متخصص يعمل في الهندسة العكسية وتصنيع كافة أنواع قطع الغيار والقطع التبديلية (تصميم وتوصيف المنتجات واختيار المعادن ومسارات التصنيع والمعالجات الحرارية)

ملاحظة: المقالات والمشاركات والتعليقات المنشورة بأسماء أصحابها أو بأسماء مستعارة لا تمثل الرأي الرسمي لجوَّك بل تمثل وجهة نظر كاتبها ونحن لا نتحمل أي مسؤولية أو ضرر بسبب هذا المحتوى.

ما رأيك بما قرأت؟
إذا أعجبك المقال اضغط زر متابعة الكاتب وشارك المقال مع أصدقائك على مواقع التواصل الاجتماعي حتى يتسنى للكاتب نشر المزيد من المقالات الجديدة والمفيدة والإيجابية..

تعليقات

يجب عليك تسجيل الدخول أولاً لإضافة تعليق.

هل تحب القراءة؟ كن على اطلاع دائم بآخر الأخبار من خلال الانضمام مجاناً إلى نشرة جوَّك الإلكترونية

مقالات ذات صلة
نبذة عن الكاتب

مهندس ميكانيك متخصص يعمل في الهندسة العكسية وتصنيع كافة أنواع قطع الغيار والقطع التبديلية (تصميم وتوصيف المنتجات واختيار المعادن ومسارات التصنيع والمعالجات الحرارية)