باحث الدكتوراه يوكوهيرو تاكاهاشي من الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا (NTNU) اكتشف طريقة لجعل إنتاج الهيدروجين أرخص، أكثر كفاءة، وأسرع. وإذا تم تطبيق هذه الطريقة على نطاق واسع، فقد تساعد في جعل الهيدروجين بديلاً اقتصاديًا للوقود الأحفوري.
يُعتبر الهيدروجين وقودًا بديلاً محتملًا للوقود الأحفوري في مجالات مثل السفن والطائرات. وعند استخدامه في خلايا الوقود أو حرقه، ينتج فقط الماء، مما يقضي على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عند نقطة الاستخدام.
كما يمكن أن يكون الهيدروجين مفيدًا جدًا للصناعات الثقيلة، والنقل لمسافات طويلة، والشحن، والطيران، وتخزين الطاقة، حيث تواجه البطاريات قيودًا من حيث الوزن والمدى ووقت إعادة الشحن.
الدراسة تم نشرها في مجلة Norwegian Research Information Repository.
الهيدروجين “الأخضر”، المنتج باستخدام الكهرباء المتجددة، يمكن أن يخزن الطاقة الفائضة من الرياح والطاقة الشمسية ويستقرر الشبكات الكهربائية. ومع أن التحديات لا تزال قائمة حول التكلفة والكفاءة والبنية التحتية، إلا أن الهيدروجين يمثل مسارًا مرنًا وقابلًا للتوسع لإزالة الكربون من أجزاء الاقتصاد التي يهيمن عليها الوقود الأحفوري.
مع ذلك، معظم الهيدروجين الحالي ليس “أخضرًا”، لأنه يُنتج من الوقود الأحفوري ويستهلك الكثير من الطاقة. والهيدروجين الأخضر الحقيقي نظيف، لكنه مكلف جدًا لإنتاجه على نطاق واسع.
الهيدروجين الأخضر في الأفق
يسعى هذا البحث الجديد إلى جعل إنتاج الهيدروجين أرخص وأكثر موثوقية.
حاليًا، يُنتج معظم الهيدروجين عن طريق فصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء المتجددة عبر عملية تسمى التحليل الكهربائي القلوي (AWE). تحتوي هذه الأجهزة على صفائح معدنية (أقطاب كهربائية) تنقل الكهرباء وتتحمل الظروف الكيميائية القاسية، وتساعد على تسريع التفاعل. عادةً ما تُغطَّى هذه الصفائح بالنيكل.
النيكل مهم لأنه يقاوم التآكل في البيئات القلوية ويعمل كعامل محفز، مما يسرع إنتاج الهيدروجين. لكن هناك مشكلة: عادةً ما يُطبَّق النيكل عن طريق الطلاء الكهربائي، وإذا لم يكن التيار موزعًا بالتساوي، يؤدي ذلك إلى تغطية غير متساوية، ما يسبب هدر النيكل وسمكًا أكبر من اللازم.
طريقة جديدة: أرخص وأنظف وأسرع
لتجاوز هذه المشكلة، استخدم تاكاهاشي عوامل معقدة تساعد على ربط أيونات النيكل بالصفائح وتبطئ الترسيب المفرط. هذا يضمن توزيع النيكل بشكل متساوٍ وأكثر قابلية للتنبؤ، مما يحسن جودة المنتج النهائي ويقلل التكاليف.
وقد تحقق ذلك من خلال نموذج رياضي تنبؤي يحاكي سلوك النيكل تحت ظروف مختلفة مثل التغيرات في الأس الهيدروجيني، والتيارات المختلفة، وسمك الطلاء. وفقًا لتاكاهاشي، يمكن لهذا النموذج التنبؤ بنتيجة الطلاء قبل تنفيذه، ما يقلل الفشل والهدر ويسرّع التحسين.
لا يقتصر تأثير هذا الاكتشاف على تصميم النيكل والمحللات الكهربائية، بل قد يؤدي إلى انخفاض تكلفة الوحدة من الهيدروجين الأخضر، ويحسن التوافق الصناعي، ويوفر الوقت والطاقة والمواد الخام. كما يمكن تطبيق هذه الطريقة على عمليات كيميائية كهروكيميائية أخرى، وليس فقط على الهيدروجين.
