هل الهيدروجين قادر على تغيير المشهد العالمي للطاقة في المستقبل ؟
كتبت : حبيبة جمال
يتصدر الهيدروجين، أخف العناصر وأكثرها وفرة في الكون، عناوين الأخبار في عالم العلوم والطاقة هذه الأيام. الهيدروجين، المعروف تقليديا بانعدام وزنه، يكتسب الآن كتلة كبيرة ــ من حيث الأهمية والاستثمار والإمكانات. لماذا يجذب الهيدروجين (H₂)، العنصر الأول في الجدول الدوري، الكثير من الاهتمام؟ هل لديها القدرة على تغيير مشهد الطاقة في المستقبل؟
أخف العناصر ذات الإمكانات الثقيلة
اكد تقرير نشرته PSU Watch أن الهيدروجين هو أبسط وأخف عنصر في الجدول الدوري، ويتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد فقط. ويمكن تخزينه ولا يولد انبعاثات ملوثة في حد ذاته. على الرغم من كتلته الدنيا التي تبلغ حوالي 2.01568 جم/مول، إلا أنه يتمتع بقوة كبيرة عندما يتعلق الأمر بتطبيقاته المحتملة في قطاع الطاقة. ربما سمعت أن الهيدروجين وقود متجدد، لكن هذا ليس صحيحًا دائمًا. الهيدروجين قابل للتجديد فقط إذا كانت العملية المستخدمة في استخراجه قابلة للتجديد أيضًا. ولهذا السبب يرى الباحثون والصناعات في جميع أنحاء العالم أن الطريق نحو الحياد الكربوني يمر عبر الهيدروجين الأخضر. ويتم استثمار مئات المليارات من الدولارات في مشاريع تهدف إلى المساعدة في تحقيق أهداف خفض الانبعاثات إلى الصفر وإنتاج وقود خال من الانبعاثات.
ظلال ألوان متعددة لغاز عديم اللون
قد يتم الخلط بين المتغيرات الملونة المستخدمة للإشارة إلى الغاز: الأخضر والرمادي والأزرق والبني وحتى الأصفر والفيروز والوردي. لا تدل ألوان قوس قزح على أي تغيير في تركيبة العنصر ولكنها في الأساس رموز ألوان تستخدم في صناعة الطاقة للتمييز بين أنواع الهيدروجين على أساس إنتاجه. لذلك، على الرغم من وجود العديد من الأسماء الملونة، لا يوجد فرق واضح بين الأنواع المختلفة للهيدروجين.
عندما يتم إنتاج الهيدروجين من الماء باستخدام الطاقة المتجددة (RE)، إلى جانب انبعاثات الكربون الصفرية، فإنه يطلق عليه اسم الهيدروجين الأخضر. يتم إنتاج الهيدروجين الرمادي من الغاز الطبيعي من خلال عملية تنتج ثاني أكسيد الكربون. يتكون الهيدروجين البني من الفحم البني أو الليجنيت ويصنع الهيدروجين الأسود من الفحم الأسود ، والذي ينتج أيضًا ثاني أكسيد الكربون. إذا تم احتجاز ثاني أكسيد الكربون الناتج في هذه العملية ومنعه من إطلاقه في الغلاف الجوي، يطلق على الهيدروجين الناتج في هذه العملية اسم “الأزرق”. ويسمى الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائي للمياه باستخدام الطاقة الشمسية بالهيدروجين الأصفر. يتم تصنيع الهيدروجين الفيروزي باستخدام عملية تسمى الانحلال الحراري للميثان والتي تنتج الهيدروجين والكربون الصلب الذي يمكن استخدامه في الصناعات. عندما يتم تحليل الماء كهربائيا باستخدام الطاقة النووية، فإن الهيدروجين الناتج في هذه العملية يسمى الهيدروجين الوردي.
لماذا يكتسب الهيدروجين الوزن؟
أحد أهم العوامل التي تدفع شعبية الهيدروجين هو ملاءمته للبيئة. عند استخدامه كوقود، ينتج الهيدروجين الماء فقط كمنتج ثانوي. وهذا يجعلها مرشحًا مثاليًا لمصدر الطاقة النظيفة، مما يساعد على مكافحة تغير المناخ وتقليل انبعاثات الكربون.
على الرغم من أن الهيدروجين خفيف الوزن من حيث الكتلة، إلا أنه يتميز بكثافة طاقة عالية. وهذا يعني أن كمية صغيرة من الهيدروجين يمكنها تخزين كمية كبيرة من الطاقة. على سبيل المثال، يمكن استخدام خلايا الوقود الهيدروجينية لتشغيل المركبات والمنازل والصناعات، مما يوفر حلاً للطاقة النظيفة والفعالة.
يعد تعدد استخدامات الهيدروجين سببًا آخر لأهميته المتزايدة. ويمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من القطاعات، من النقل إلى العمليات الصناعية وحتى في تخزين الطاقة. إن قدرتها على استخدامها في تطبيقات متعددة تجعلها من الأصول القيمة في تحول الطاقة.
يمكن للهيدروجين أن يعالج أحد التحديات الكبيرة التي تواجه مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، ألا وهو تقطّعها. يمكن استخدام الطاقة الزائدة المتولدة خلال فترات ذروة الإنتاج لإنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي، ومن ثم يمكن تخزين الهيدروجين واستخدامه عند الحاجة. وهذا من شأنه أن يعمل تمامًا مثل خلية الوقود المستخدمة في المركبات، ولكن بحجم أكبر. في خلية الوقود، يتم تمرير الهيدروجين عبر الأنود ويتم تغذية الهواء إلى الكاثود. يقوم المحفز الموجود عند الأنود بتقسيم جزيئات الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات، والتي تتخذ مسارات مختلفة. تمر الإلكترونات عبر دائرة خارجية ويولد تدفقها الكهرباء.
إن إنشاء خلايا وقود الهيدروجين على نطاق واسع بعد خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين هو أفضل رهان للهند لمعالجة مشكلة انقطاع الطاقة المتجددة حتى يمكن نشر أنظمة تخزين طاقة البطارية (BESS) تجاريًا.
مع تحول العالم نحو مصادر طاقة أكثر استدامة، يكتسب الهيدروجين وزنًا كلاعب رئيسي في هذا التحول. تستثمر العديد من البلدان بكثافة في تقنيات الهيدروجين والبنية التحتية، مدركة قدرته على تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وتحسين أمن الطاقة.
