كتبت : حبيبة جمال
انتاج الهيدروجين بأنواعه وطرق النقل لا تزال محل بحث ودراسة لزيادة كفاءة الانتاج والنقل أيضا .
ونشرت Envirotech تقرير أوضحت فيه احد الأنظمة المستحدثة لانتاج الهيدروجين بأنواعه، مشيرا إلى أن الهيدروجين (H2) يعد أحد العوامل الرئيسية في المناقشة الحالية حول تحول الطاقة وأنه يعد العنصر الأكثر شيوعًا في الكون، ولكنه موجود فقط في شكل مقيد.
وفي الحالة الغازية، فهو أخف بحوالي 14 مرة من الهواء ويحترق دون أن يترك أي بقايا. يتمتع الهيدروجين بكثافة طاقة عالية وبالتالي فهو مناسب تمامًا كبديل للوقود الأحفوري مثل الفحم أو الغاز الطبيعي.
نظرًا لأنه موجود في الغالب فقط في شكل مقيد في الطبيعة، فيجب تحريره من حاملاته. ويتحقق ذلك، على سبيل المثال، في حالة الماء (H2O) عن طريق التحليل الكهربائي.
إذا تم توليد الكهرباء من مصادر متجددة، فإننا نتحدث عن الهيدروجين “الأخضر” – أو في حالة الميثان (CH4)، المكون الرئيسي للغاز الطبيعي – عن طريق إعادة التشكيل البخاري أو الانحلال الحراري.
ينتج الإصلاح ثاني أكسيد الكربون (الهيدروجين الأزرق) كمنتج ثانوي وفي حالة الانحلال الحراري ثاني أكسيد الكربون (الهيدروجين الفيروزي). يمكن معالجة كلتا المادتين كمواد خام أو تخزينهما عن طريق احتجاز الكربون وتخزينه (CCS).
إن الهيدروجين المنتج متطاير للغاية بسبب كثافته المنخفضة للغاية، مما يجعل نقله إلى المستخدمين أمرًا صعبًا للغاية. وفي الحالة الغازية، يمكن النقل عبر خطوط الأنابيب.
في شكله المسال، يمكن نقل الهيدروجين إلى المستهلك في ناقلات معزولة أو شاحنات صهاريج؛ وفي هذه الحالة، فإن معدلات التقلبات التي لا يمكن إهمالها أمر لا مفر منه.
بالإضافة إلى ذلك، يتمتع H2 بخاصية المواد القابلة للتقصف، والتي يجب مراعاتها في عمر الخدمة وتصميم جميع مكونات المصنع. وهذا هو الحال بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بإنتاج الهيدروجين “الأخضر” عندما يحتاج المنتجون إلى ضمان توفر ليس فقط ما يكفي من الكهرباء “الخضراء”، ولكن أيضًا توفر مياه كافية ذات نوعية جيدة في موقع الإنتاج.
ماذا يحدث في المحلل الكهربائي؟
قلب المحلل الكهربائي عبارة عن جسم أسطواني (وحدة التحليل الكهربائي) حيث يتم فصل غرفتين بواسطة غشاء. تحتوي كل غرفة على قطب كهربائي (الأنود/الكاثود).
عادةً ما يتم تصنيع الوحدة من قبل الشركات المصنعة المختلفة بحجم إخراج موحد. لتحقيق مخرجات النظام المطلوبة، يتم دمج عدد معين من الوحدات في ما يسمى بالمكدس.
هناك عمليتان قيد الاستخدام حاليًا: التحليل الكهربائي AEL (التحليل الكهربائي القلوي) والتحليل الكهربائي PEM (غشاء تبادل البروتونات). كلتا العمليتين لها مزاياها وعيوبها.
تتوافق عملية PEM بشكل خاص مع مصادر الطاقة المتقلبة (الرياح والشمس). بشكل مبسط، يمكن وصف تشغيل المحلل الكهربائي PEM على النحو التالي: يتم تغذية الماء المسخن مسبقًا، بجودة مياه الشرب على الأقل، إلى الغرفتين.
يجب أن تكون درجة حرارة التشغيل بين 50-80 درجة مئوية. من خلال تطبيق الجهد، يتم تقسيمه إلى المكونات H2 وH20. ينتج عن ذلك 1 كجم من H2 من 9 كجم من H2O. على جانب الأنود – الأكسجين، وعلى جانب الكاثود – تتم إزالة الهيدروجين عن طريق المبادلات الحرارية وفواصل الغاز.
اعتمادًا على مهمة المحطة بشكل عام، يتم إطلاق الأكسجين في البيئة أو استخدامه في مكان آخر (على سبيل المثال لمعالجة مياه الصرف الصحي).
كيف نراقب العملية؟
كما هو الحال في معظم طرق إنتاج الطاقة، يجب مراقبة عمليات تصنيع الهيدروجين بشكل تحليلي. ينصب التركيز هنا في المقام الأول على الامتثال لمواصفات LEL وSIL.
في جميع عمليات التصنيع، يعد تحليل الغاز الاستخراجي هو الأسلوب التحليلي المفضل لهذا الغرض. قبل دخول غاز العينة إلى المحلل، تتم إزالة الرطوبة المتبقية لحماية خلية القياس وتجنب تزوير القيم المقاسة.
تحتاج عمليات تصنيع H2 إلى مراقبة تحليلية، مع تركيز التمرين بشكل أساسي على الامتثال للحد الأدنى للانفجار (LEL) وSIL (SIL).
يعد تحليل الغاز الاستخراجي هو الطريقة التحليلية الأكثر انتشارًا المستخدمة في عمليات التصنيع هذه. ويجب سحب الرطوبة المتبقية لحماية خلية القياس والحفاظ عليها ولتجنب القراءات الخاطئة قبل وصول عينة الغاز إلى المحلل.
استنادًا إلى عقودا من الخبرة في توفير وتصميم أنظمة التحليل في تحليل الغاز، اقترح التقرير استخدام نظام التكييف الاستخراجي المضغوط لهذه التطبيقات من حيث المبدأ، يتم بناء هذا على النحو التالي:
نظرًا لأنه من غير المحتمل العثور على أي تلوث جسيمي في عينة الغاز أثناء عملية التحليل الكهربائي، فإن نقاط أخذ العينات البسيطة تكون كافية، ومن الناحية المثالية عند كل منفذ للوحدة.
ومن هذه، يتم سحب غاز العينة بواسطة مضخة غاز عينة خاصة، والتي تكون أيضًا قادرة على نقل أي مكثفات قد تحدث وتغذيتها إلى مبرد غاز العينة الذي يعمل تحت ضغط زائد طفيف.
عند تحديد أبعاد معدلات التدفق المطلوبة، يجب مراعاة الكثافة المنخفضة للهيدروجين على الجانب H2 بحيث يمكن اختناقه إلى معدل التدفق الصحيح في اتجاه المنبع للمحلل. إذا كان هناك بالفعل ما يكفي من الضغط ومعدل التدفق في عملية الإنتاج، فيمكن الاستغناء عن المضخة.
يتم فصل الرطوبة في المبرد ويتم إدخال غاز العينة الجافة إلى المحلل (المحللات). يمنع الضغط الزائد في غاز العينة دخول الهواء الخارجي ويضمن عدم تغيير نتائج القياس.
وفي الوقت نفسه، يجبر الضغط الزائد المكثفات على الخروج من النظام عبر استنزاف المكثفات التلقائي. تتم مراقبة التدفق والضغط الزائد بشكل دائم بواسطة الأجهزة المناسبة.
الأنابيب من نقطة الاستخراج عبر رأس المضخة إلى الصرف الأوتوماتيكي للمكثفات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. يوصى بنفس تصميم النظام لمراقبة الأكسجين الذي يتراكم أيضًا.
ونظرًا للتقلبات العالية في نسبة الهيدروجين، يوصى باستخدام حاوية جيدة التهوية لإيواء نظام المراقبة. تخضع المكونات المستخدمة في النظام لإجراءات خاصة في عملية التصنيع.
تم اعتماد مدى ملاءمتها لتطبيق H2/O2 جزئيًا.
يقلل تصميم النظام هذا من مزيج المواد في نظام المعالجة إلى الحد الأدنى، ويوفر أفضل عمر خدمة ممكن ويضمن عدم تغيير نتائج القياس.
