نظرًا لمشاكل البيئة والطاقة التي يسببها الوقود الأحفوري ، لم يكن البحث عن حلول بديلة للطاقة النظيفة والمتجددة أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى. من بين هؤلاء، يظهر الهيدروجين (H 2 ) كمنافس رائد في قطاع الطاقة لكل من التطبيقات الثابتة والمتنقلة، فإن الاستخدام التجاري لخلايا وقود الهيدروجين يعوقه تحديات مناولة ونقل الهيدروجين بسبب كثافة الطاقة الحجمية المنخفضة.
تبرز الأمونيا (NH 3 ) كناقل واعد للهيدروجين بسبب محتواها العالي من الهيدروجين (17.6٪ بالوزن) والفوائد الاقتصادية المحتملة لإنتاج الطاقة . عند استخدامه كوقود ، فإنه ينتج فقط النيتروجين والماء كمنتجات ثانوية ، مما يجعله بديلاً خاليًا من الكربون للوقود الأحفوري التقليدي .
يمكن أن يتحول إلى سائل عند ضغط منخفض يبلغ 0.86 ميجا باسكال عند 25 ℃ ، مما يوفر كثافة طاقة حجمية عالية تبلغ 10.5 ميجا جول لتر -1 ، وهو ضعف كثافة الهيدروجين المضغوط عند 70 ميجا باسكال (5 ميجا جول لتر -1 ). ناقش فريق من العلماء بشكل منهجي إمكانية استخدام الأمونيا كناقل للهيدروجين لتوليد الطاقة في الموقع عبر تحلل الأمونيا.
تم نشر عملهم في الكيمياء الصناعية والمواد، قال تشونجهوا شيانج ، الأستاذ في جامعة بكين للتكنولوجيا الكيميائية: “كان هناك اهتمام متزايد باستخدام الأمونيا كناقل للطاقة”.
وأضاف ، “من هذا المنظور، تناولنا الخصائص الكيميائية جنبًا إلى جنب مع المشاريع الحديثة أو المصانع الكيميائية في جميع أنحاء العالم. علاوة على ذلك، ناقشنا استراتيجيات تصميم المحفزات والمفاعلات، بالإضافة إلى مزاياها وعيوبها، ونأمل أن يلقي هذا المنظور الضوء على إمكانات الأمونيا كبديل واعد لطرق تخزين الهيدروجين التقليدية ويسلط الضوء على التحديات والفرص التي تنتظرنا في هذا المجال البحثي المثير. ”
يعتبر تخزين الطاقة المتجددة في شكل وقود كيميائي نهجًا عمليًا للتخزين على المدى القصير والطويل ، خاصة في قطاع النقل. في هذا الصدد ، تمت التوصية NH 3 كخيار أكثر جدوى من الناحية التقنية من CH 3 OH نظرًا لخصائصه الكيميائية المفيدة.
محتوى الجاذبية H 2 لـ NH 3 أعلى بنسبة 40٪ من CH 3 OH ، مع الحفاظ على كثافة طاقة حجمية مماثلة، بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للوقود القائم على الكربون، قد لا يكون الحصول على تيارات ثاني أكسيد الكربون النقي من الانبعاثات الصناعية حلاً قابلاً للتطبيق على المدى الطويل، كما أن تكلفة التقاط ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء مرتفعة.
وقال شيانج: “أحد القيود الأساسية للأمونيا هو سميتها الظاهرة ، والتي تزيد بمقدار ثلاث مرات تقريبًا عن تلك الخاصة بالميثانول أو البنزين. لضمان الاستخدام الآمن ، تم تحديد حدود التعرض الموصى بها لـ NH 3 أقل من 100 جزء في المليون”.
وأضاف “من الممكن مراقبة التسربات والمخاطر المحتملة لـ NH 3 في الوقت الفعلي باستخدام أجهزة استشعار مناسبة. علاوة على ذلك ، يمكن للأنف البشرية اكتشاف الأمونيا بتركيزات منخفضة تصل إلى 5 جزء في المليون في الهواء ، مما يجعلها أكثر وضوحًا بكثير من الهيدروجين عديم الرائحة، لذلك ، فمن العملي تنفيذ إدارة المخاطر المناسبة للتخفيف بشكل فعال من مخاطر تعرض الأمونيا لكل من البشر والبيئة “.
أوضح الدكتور Lingling Zhai ، الباحث في مجموعة Xiang ، أن “استخدام الأمونيا لأنظمة توليد الطاقة يمكن أن يكون إما ثابتًا أو محمولًا ، مما يجعله أكثر جاذبية”.
وأضاف، “في الصين ، طور فريق Jiang من جامعة Fuzhou مشروعًا تجريبيًا يستخدم الأمونيا لإنتاج الهيدروجين في الموقع في محطة وقود الهيدروجين ، بهدف إنشاء مجتمع طاقة خالٍ من الانبعاثات الكربونية.
حاليًا ، شركة التكنولوجيا الأمريكية الناشئة Amogy ، تطلق عمليات اختبار لزورق قطر 200 كيلووات للتطبيقات البحرية بالتعاون مع مركز منجنيق الطاقة المستدامة في النرويج “.
وقال تشاي، “المنظمات الدولية مثل جمعية طاقة الأمونيا (AEA) ، والوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) ، ومعهد أكسفورد لدراسات الطاقة (OIES) بذلت أيضًا جهودًا كبيرة لتعزيز استخدام الأمونيا كسلعة للطاقة المستدامة”.
لتطبيق أنظمة توليد الطاقة القائمة على الأمونيا ، يجب مراعاة عدة جوانب:
1. لتجنب التسرب المحتمل للأمونيا ، يجب أن يستخدم خزان التخزين وجميع المكونات المتصلة مواد مقاومة للتآكل.
2. هناك حاجة شديدة لمحفزات تحلل الأمونيا ذات درجات الحرارة المنخفضة (<450 ℃) ، والمفاعلات ذات كثافة الطاقة الحجمية العالية.
3. يمكن للسياسات واللوائح ذات الصلة التي تحفز اعتماد مصادر الطاقة المتجددة أن تساعد في تسريع التحول إلى اقتصاد منخفض الكربون.
وقال شيانج : “في سياق المناقشات المذكورة أعلاه ، نتوقع أن يؤدي اقتصاد” الأمونيا إلى الهيدروجين “إلى تسهيل الاستخدام القابل للتطوير للهيدروجين الأخضر في المستقبل المنظور”.
