الفحم الاختيار الأفضل لتخزين الهيدروجين.. خبرة ونبية تحتية لتحويل مسار الطاقة النظيفة
فرص اقتصادية جديدة.. إعادة توظيف مناطق ووظائف قطاع الفحم
السعي لتطوير الهيدروجين كمصدر للطاقة النظيفة يمكن أن يحد من اعتمادنا على الوقود الأحفوري قد يؤدي إلى مكان غير متوقع – الفحم.
وجد فريق من علماء ولاية بنسلفانيا أن الفحم قد يمثل طريقة محتملة لتخزين غاز الهيدروجين، مثل البطاريات التي تخزن الطاقة للاستخدام المستقبلي ، مما يعالج عقبة رئيسية في تطوير سلسلة إمداد الطاقة النظيفة.
قال شيمين ليو، الأستاذ المشارك في هندسة الطاقة والمعادن في ولاية بنسلفانيا: “وجدنا أن الفحم يمكن أن يكون بطارية الهيدروجين الجيولوجية هذه”، “يمكنك حقن وتخزين طاقة الهيدروجين وتخزينها عندما تحتاج إلى استخدامها.”
بنية تحتية للهيدروجين
يعتبر الهيدروجين وقودًا نظيفًا يحترق ويظهر واعدًا للاستخدام في أكثر القطاعات كثافة في استخدام الطاقة في اقتصادنا – النقل وتوليد الكهرباء والتصنيع، لكن العلماء قالوا إنه لا يزال هناك الكثير من العمل لبناء بنية تحتية للهيدروجين وجعلها مصدر طاقة يمكن الاعتماد عليه وبأسعار معقولة.
يتضمن ذلك تطوير طريقة لتخزين الهيدروجين، وهو مكلف وغير فعال حاليًا، قال العلماء إن التكوينات الجيولوجية خيار مثير للاهتمام، لأنها يمكن أن تخزن كميات كبيرة من الهيدروجين لمواجهة القمم والوديان مع تغير الطلب على الطاقة يوميًا أو موسميًا.
قال ليو: “الفحم مدروس جيدًا، ونحن ننتج الغاز تجارياً من الفحم منذ ما يقرب من نصف قرن”، “نحن نفهم ذلك، لدينا البنية التحتيةن أعتقد أن الفحم سيكون المكان المنطقي للقيام بتخزين الهيدروجين الجيولوجي.”
تحليل ثمانية أنواع من الفحم
لوضع هذا على المحك، قام العلماء بتحليل ثمانية أنواع من الفحم من حقول الفحم عبر الولايات المتحدة لفهم إمكانات الامتصاص والانتشار بشكل أفضل، أو مقدار الهيدروجين الذي يمكنهم الاحتفاظ به.
أفاد العلماء في مجلة أبلايد إنيرجي، أن جميع أنواع الفحم الثمانية أظهرت خصائص امتصاص كبيرة، مع فحم قاري منخفض التطاير من شرق فيرجينا وفحم أنثراسايت من شرق ولاية بنسلفانيا حققوا أفضل النتائج في الاختبارات .
الاختيار الأفضل للتخزين
قال ليو: “أعتقد أنه من المحتمل جدًا أن يكون الفحم هو الاختيار الأفضل للتخزين الجيولوجي من منظور علمي”، “وجدنا أن الفحم يتفوق في الأداء على التشكيلات الأخرى لأنه يمكنه استيعاب المزيد، ولديه بنية تحتية قائمة ومتوفر على نطاق واسع في جميع أنحاء البلاد وبالقرب من المناطق المأهولة بالسكان.”
قد تكون خزانات الميثان ذات طبقة الفحم الحجري المستنفدة هي أفضل المرشحين تحتوي هذه اللحامات على غاز طبيعي غير تقليدي مثل الميثان وأصبحت مصدرًا مهمًا لطاقة الوقود الأحفوري على مدى العقود العديدة الماضية. يلتصق الميثان بسطح الفحم، في عملية تسمى الامتزاز.
وبالمثل، فإن حقن الهيدروجين في الفحم من شأنه أن يتسبب في امتصاص هذا الغاز للفحم أو التصاقه به.
قال العلماء إن هذه التكوينات غالبًا ما تحتوي على طبقة من الصخر الزيتي أو الحجر الطيني في الأعلى تعمل بمثابة مانع تسرب للميثان، أو في هذه الحالة الهيدروجين، محكم الإغلاق حتى يتم الاحتياج إليه وضخه مرة أخرى.
قال ليو: “يعرف الكثير من الناس الفحم على أنه صخرة، لكنه في الحقيقة بوليمر”، “يحتوي على نسبة عالية من الكربون مع وجود الكثير من المسام الصغيرة التي يمكن أن تخزن الكثير من الغاز، لذا فإن الفحم يشبه الإسفنج الذي يمكنه حمل العديد من جزيئات الهيدروجين مقارنة بالمواد الأخرى غير الكربونية.”
صمم العلماء معدات خاصة لإجراء التجارب، الفحم له تقارب أضعف مع الهيدروجين مقارنة بغازات الامتصاص الأخرى مثل الميثان وثاني أكسيد الكربون، لذا فإن المعدات التقليدية المضغوطة لتحديد الامتصاص لن تنجح.
قال ليو: “لقد صممنا تصميمًا جديدًا وصعبًا للغاية”، “لقد استغرق الأمر سنوات لمعرفة كيفية القيام بذلك بشكل صحيح، كان علينا تصميم نظام تجربة بشكل صحيح، والتجربة والخطأ بناءً على خبرتنا السابقة مع الفحم والصخر الزيتي.”
بناءً على نتائجهم، قرر العلماء أن فحم الأنثراسايت وشبه الأنثراسايت مرشحان جيدًا لتخزين الهيدروجين في طبقات الفحم المستنفد، والفحم القاري منخفض التطاير أفضل مرشح لفرز الفحم الغازي.
يمكن أن يؤدي تطوير تخزين الهيدروجين في مجتمعات تعدين الفحم إلى توفير فرص اقتصادية جديدة لهذه المناطق مع المساعدة أيضًا في إنشاء البنية التحتية للهيدروجين في البلاد.
قال ليو: “في تحول الطاقة ، كانت مجتمعات الفحم هي الأكثر تأثراً اقتصادياً”، “هذه بالتأكيد فرصة لإعادة توظيف منطقة الفحم، لديهم بالفعل الخبرة – مهندس الطاقة والمهارات، إذا تمكنا من بناء بنية تحتية وتغيير فرصهم الاقتصادية – أعتقد أن هذا شيء يجب أن نفكر فيه.”
وقال العلماء، إن العمل المستقبلي سيركز على الانتشار الديناميكي والنفاذية الديناميكية للفحم، وهي السمات التي تحدد مدى سرعة حقن الهيدروجين وضخه مرة أخرى، وأضاف ليو: “أعتقد أن ولاية بنسلفانيا هي المكان المناسب لإجراء كل هذا البحث – لدينا احتياطيات الفحم، ولدينا الغاز الطبيعي، ولدينا الخبرة الهندسية والاقتصادية في الجامعة”، “هذا هو المكان المنطقي للقيام بذلك.”
