شريف جبر يكتب .. الهيدروجين الأخضر والبيئة و الاقتصاد و المستقبل
الهيدروجين الأخضر هو وقود عالمي وخفيف وعالي التفاعل، من خلال عملية كيميائية تُعرف باسم التحليل الكهربائي. تستخدم هذه الطريقة تيارًا كهربائيًا لفصل الهيدروجين عن الأكسجين في الماء، إذا تم الحصول على هذه الكهرباء من مصادر متجددة، فسننتج طاقة دون انبعاث ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون، ولكن على الأرض لا يبدو نقيًا في الطبيعة، ويتطلب طاقة للفصل. الأسلوب الأكثر شيوعًا هو استخراج الهيدروجين من الماء، وهو مركب مكون من ذرتين من الهيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين (ومن ثم H2O).
الاستخدام
يمكن استخدام الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع :
السيارات والشاحنات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود الهيدروجينية.
سفن الحاويات التي تعمل بالأمونيا السائلة المصنوعة من الهيدروجين.
مصافي «الفولاذ الأخضر» التي تحرق الهيدروجين كمصدر للحرارة بدلاً من الفحم.
المخاطر
مثل أي غاز، يمكن ضغط الهيدروجين وتخزينه في خزانات، ثم استخدامه حسب الحاجة. ومع ذلك، فإن حجم الهيدروجين أكبر بكثير من حجم الهيدروكربونات الأخرى؛ ما يقرب من أربعة أضعاف الغاز الطبيعي.
يتطلب تخزينه ضغطًا يصل إلى 700 مرة من الضغط الجوي العادي أو التبريد إلى 253 درجة مئوية تحت الصفر، وهو ما يقرب من الصفر المطلق. تشير التقديرات إلى أن تكلفة القيام بذلك يمكن أن تضيف أي شيء من 60 سنتًا إلى 7 دولارات للكيلوغرام، مما يجعلها أقل قدرة على المنافسة مع أنواع الوقود الأخرى. علاوة على تكلفة التخزين، هناك مشكلة في الأنابيب.
توربينات كهربائية تعمل بالهيدروجين يمكنها توليد الكهرباء في أوقات ذروة الطلب للمساعدة في تثبيت شبكة الكهرباء.
بديل للغاز الطبيعي للطبخ والتدفئة في المنازل
المزايا والعيوب
مصدر الطاقة بواسطة الهيدروجين الأخضر له إيجابيات وسلبيات أهمها :
المزايا :
يُصنع الهيدروجين الأخضر من مصادر غير أحفورية ويفضل من قبل صانعي السياسة وأصدقاء البيئة الذين يحذرون من استمرار الاقتصاد الأحفوري.
المستقبل
مستدام: الهيدروجين الأخضر لا ينبعث منه غازات ملوثة سواء أثناء الاحتراق أو أثناء الإنتاج.
قابل للتخزين : من السهل تخزين الهيدروجين، مما يسمح باستخدامه لاحقًا لأغراض أخرى وفي أوقات أخرى غير مباشرة بعد إنتاجه.متعدد الاستخدامات: يمكن تحويل الهيدروجين الأخضر إلى كهرباء أو غاز اصطناعي واستخدامه للأغراض المنزلية أو التجارية أو الصناعية أو التنقل.
العيوب :
استهلاك عالي للطاقة: يتطلب إنتاج الهيدروجين بشكل عام والهيدروجين الأخضر بشكل خاص طاقة أكثر من أنواع الوقود الأخرى.
قضايا السلامة: الهيدروجين عنصر شديد التقلب وقابل للاشتعال ولذلك يلزم اتخاذ تدابير أمان شاملة لمنع التسرب والانفجارات.
التكاليف
من المتوقع أن تنخفض تكاليف الإنتاج بنسبة 40% حتى عام 2025، حيث يجب استخدام أي تقنية على نطاق صناعي حتى تصبح مجدية اقتصاديًا. الأمر نفسه ينطبق على تقنيات المحلل الكهربائي، في الوقت الحالي، انخفضت أسعار جهاز التحليل الكهربائي بنسبة 50% مقارنةً بخمس سنوات ماضية، ويرجع ذلك إلى التقدم الكبير في تكنولوجيا المحلل الكهربائي والقدرة على التصنيع .
تدرك صناعات العمليات الكيميائية العالمية هذا الاتجاه وبعضها يقوم بالفعل بمشاريع ضخمة لتسريع انتقال الطاقة. يستخدم الهيدروجين في تكرير النفط وإنتاج الأمونيا والميثانول، ويتم إنتاجه بشكل رئيسي من الوقود الأحفوري عن طريق إعادة تشكيل الغاز الطبيعي بالبخار، والأكسدة الجزئية للميثان والفحم.
يعتبر الغاز الطبيعي حاليًا المصدر الأساسي لإنتاج الهيدروجين، حيث يمثل حوالي 75% من الإنتاج العالمي السنوي المخصص للهيدروجين البالغ حوالي 70 مليون طن. هذا يمثل حوالي 6% من استخدام الغاز الطبيعي العالمي. يتبع الفحم الغاز، نظرًا لدوره لأهميته في الصين، ويتم إنتاج حصة صغيرة من استخدام النفط والكهرباء، وفقًا لتقرير صادر عن وكالة الطاقة الدولية (IEA). مع تزايد المخاوف بشأن تغير المناخ، والحاجة الملحة لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، والتكاليف المتناقصة للكهرباء المتجددة وتكنولوجيا المحلل الكهربائي، بالإضافة إلى العديد من السياسات الداعمة الحكومية، يكتسب الطلب على الهيدروجين الأخضر. حيث يمكن أن يوفر الهيدروجين الأخضر ما يصل إلى 25% من احتياجات الطاقة في العالم بحلول عام 2050 وأن يصبح سوقًا قابلاً للتوجيه بقيمة 10 تريليون دولار بحلول عام 2050. ومن المقرر أن يتجاوز الاستثمار في إنتاج الهيدروجين الأخضر مليار دولار سنويًا بحلول عام 2023. من المتوقع حدوث زيادة واضحة في عدد مشاريع الهيدروجين الأخضر مقارنة بمشاريع الهيدروجين الأزرق في عام 2021 بناءً على العدد المتزايد من مشاريع إنتاج الهيدروجين التي تم الإعلان عنها في العام السابق .
اقترح اقتصاد الهيدروجين لحل المشاكل المتعلقة بالتأثيرات السلبية لاستخدام أنواع الوقود الهيدروكربوني حيث ينطلق الكربون ضمن ثاني أكسيد الكربون كناتج عن الاحتراق لمثل هذه الأنواع من الوقود. ضمن الاقتصاد العالمي الحالي المعتمد على الوقود الهيدروكربوني, تتم تغذية قطاع النقل بواسطة النفط. ان احتراق الوقود الهيدروكربوني ينتج عنه ثاني أكسيد الكربون وملوثات أخرى. وتعتبر إمدادات المصادر الهيدروكربونية الناجعة اقتصاديا في العالم محدودة. وذلك باعتبار أن الطلب على الوقود الهيدروكربوني متزايد, وخصوصا في الصين والهند ودول نامية أخرى. يعتبر المؤيدون لاقتصاد الهيدروجين كنظام عالمي أن الهيدروجين هو الناقل الأنظف للطاقة للمستهلك النهائي. وخصوصا في تطبيقات النقل. يمتلك الهيدروجين محتوى طاقي كبير في وحدة الكتلة. وعند استخدام الهيدروجين في محركات اوتو للاحتراق الداخلي يمكن القول أن المحرك قد وصل إلى مردوده الأعظمي حوالي 38% أكثر ب 8% من مردوده عند استخدام البنزين. وعند استخدام خلايا الوقود والمحركات الكهربائية يكون المردود أكبر بمرتين إلى ثلاث مردوده منه عند استخدام محرك الاحتراق الداخلي. ولكن تعتبر الكلفة التأسيسية العالية لخلايا الوقود حوالي 5.500$/KW واحدة من المعوقات الأساسية في تطور خلايا الوقود. وهذا يعني أن خلايا الوقود ذات فعالة تقنية فقط وليست اقتصادية مقارنة مع محركات الاحتراق الداخلي. أما المعوقات الأخرى فهي مشاكل تخزين الهيدروجين ومتطلبات النقاوة للهيدروجين عند استخدامه في خلايا الوقود
السوق الحالي للهيدروجين
إنتاج الهيدروجين صناعة كبيرة وفي طريق النمو: مع نحو 70 مليون طنًا في 2019 مخصصة للإنتاج في العام الواحد، وهو رقم أكبر من مؤونة الطاقة الأساسية لألمانيا.[8]
حسب بيانات عام 2019، فإن إنتاج المسمدات وتكرير النفط هما الاستخدامان الأساسيان. يستخدم نحو النصف في عملية هابر لإنتاج الأمونيا (NH3)، الذي يستخدم بعدها مباشرةً أو بشكل غير مباشر في السماد. لأن كلًا من سكان العالم والزراعة الاستهلاكية المستخدمة في تغذيتهم ينمو، فإن الطلب على الأمونيا ينمو كذلك. يمكن استخدام الأمونيا كطريقة غير مباشرة أأمن وأسهل لنقل الهيدروجين. يمكن للأمونيا المنقولة بعدها أن يعاد تحويلها إلى هيدروجين في العربة بتقنية غشائية.[9]
يستخدم النصف الآخر من إنتاج الهيدروجين الحالي لتحويل مصادر البترول الثقيل إلى مشتقات أخف مناسبة للاستخدام كوقود. تعرف هذه العملية الأخيرة باسم تكسير الهيدروجين. يمثل تكسير الهيدروجين مساحة أكبر حتى للنمو بما أن ارتفاع أسعار النقط يشجع شركات النفط على استخراج المواد ذات المصادر الأسوأ، كالنفط الرملي والصخر الزيتي. تسمح اقتصاديات الأحجام الكبيرة التي عد من خصائص تكرير النفط على نطاق واسع وصناعة السماد بالإنتاج في الموقع والاستخدام «الآسر». تصنع كميات أصغر من هيدروجين «التجار» وتسلم للمستهلكين النهائيين كذلك.
حتى 2019 كل إنتاج الهيدروجين تقريبًا من الوقود الأحفوري، ويصدر 830 طنًا من ثنائي أكسيد الكربون في العام. يعكس توزع الإنتاج آثار القيود الترموديناميكية على الخيارات الاقتصادية: من بين الطرق الأربع لاستخلاص الهيدروجين، يوفر الاحتراق الجزئي للغاز الطبيعي في محطة طاقة عاملة على الدورة المشتركة للغاز الطبيعي أكفأ الطرق الكيميائية وأكبر مقدار ناتج ممكن من طاقة الحرارة القابلة للاستخدام.
حفز السوق الكبير والارتفاع الحاد في أسعار الوقود الأحفوري أيضًا على الازدياد الكبير للاهتمام بالوسائل البديلة الأرخص لإنتاج الهيدروجين
انتاج الهيدروچين الاخضر من الماء والتحليل الكهربائي ينتج الهيدروجين من التحليل الكهربائي للماء ولكن على نطاق ضيق صناعياً.[9] هنالك ثلاثة أنواع من خلايا التحليل الكهربائي للماء وهي خلايا تحليل الأكسيد الصلب (SOEC’s) وخلايا تحليل الغشاء البوليميري (PEM) وخلايا تحليل قلوية (AEC’s).
هنالك اقتراحات عدة للتقليل من استهلاك الطاقة اللازمة لعملية التحليل الكهربائي وذلك بإجراء عملية التحليل الكهربائي عند درجات حرارة مرتفعة، عادة حوالي 800°س، وفي نفس الوقت تأمين مصدر لهذه الطاقة مثل الطاقة الصادرة عن حرق المخلفات الصناعية أو من المحطات النووية، أو من الطاقة الشمسية المركزة.
دورة كيميائية حرارية
يجمع أسلوب الدورة الكيميائية الحرارية استخدام مصادر كيميائية وحرارية لفصل الماء إلى مكوناته من الهيدروجين والأكسجين. يستخدم للفظ دورة لأن المواد المستخدمة في هذه العملية يعاد تدويرها.
طريقة فيروسليكون
يستخدم الفيروسليكون لإنتاج الهيدروجين بشكل سريع وفعال على نطاق ضيق. تتضمن الطريقة استعمال كل من هيدروكسيد الصوديوم والفيروسليكون والماء ومزجها مع بعضها البعض. يملأ وعاء ضغط بالهيدروكسيد والفيروسليكون ثم تضاف كميات مدروسة من الماء، ينتج عنها الهيدروجين وبخار الماء بالإضافة إلى سيليكات الصوديوم.
* أن تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر في مصر تعتبر منخفضة مقارنة ببعض الدول الأخرى وهذا يجعلها منافسًا قويًا في سوق الهيدروجين العالمي ويجب أن تستغل مصر هذا التفوق وتعزز إمكاناتها في إنتاج الهيدروجين وتصديره وبدء شركات هندية تنفيذ مشروعات الهيدروجين الأخضر في مصر يعزز التعاون الاقتصادي بين البلدين ويساهم في تعزيز الاستدامة البيئية وهذا يعكس التزام مصر بتطوير الطاقة المتجددة وتنويع مصادر الطاقة.
أن الهيدروجين الأخضر هو الحل الوحيد للخروج من أزمة الطاقة، وأؤكد أن هناك احتياجا كبيرا جدًا لمشروعات الطاقة المتجددة فى جميع دول العالم
أننا نحتاج العمل بسرعة على هذا النوع من المشروعات، والتي يمكن من خلالها تصدير الطاقة لأوروبا، خاصة أن الأسواق بدأت تتخلى الآن عن كل ما هو غير أخضر، وأصبح يشترط لتصدير الحديد أن يحمل ختم جرين .
