عناوين
الهيدروجين وأهميته
يُرمز للهيدروجين بالحرف (H) واسمه مشتق من الكلمات اليونانية التي تعني “صانع الماء”. وهي مادة غازية عديمة اللون والرائحة والمذاق. يعتبر أبسط عضو في عائلة العناصر الكيميائية. تحتوي ذرة الهيدروجين على نواة تتكون من بروتون يحتوي على وحدة شحن واحدة فقط. الموجب الكهربائي والمرتبط بإلكترون يحمل وحدة واحدة من الشحنة الكهربائية السالبة وغاز الهيدروجين عبارة عن تجميع لجزيئات الهيدروجين ، كل منها يتكون من زوج من الذرات ، أي جزيء ثنائي الذرة (H2). من أهم الخصائص الكيميائية المعروفة للهيدروجين أنه يرتبط بالأكسجين لتكوين الماء (H2O).
يعتبر الهيدروجين أحد أكثر العناصر انتشارًا في الكون ، ولكنه مع ذلك لا يوجد أبدًا بمفرده ، ولكنه موجود دائمًا كجزء من مركب آخر ، كجزء من الماء في المحيطات ، والكتل الجليدية ، والأنهار والبحيرات ، على سبيل المثال ، وهو كذلك موجودة أيضًا في الغلاف الجوي كجزء من مركبات الكربون التي لا حصر لها والتي توجد بكثرة. جميع الأنسجة الحيوانية والنباتية وفي البترول.[2]
كيفية إنتاج الهيدروجين وشحنه كوقود
يمكن إنتاج الهيدروجين من مجموعة متنوعة من المصادر المحلية ، بما في ذلك الوقود الأحفوري والكتلة الحيوية والتحليل الكهربائي للماء بالكهرباء. يعتمد التأثير البيئي وكفاءة الطاقة للهيدروجين على كيفية إنتاجه. هناك عدة طرق لإنتاج الهيدروجين ، منها:
الحصول على الهيدروجين من الغاز الطبيعي
تعتبر هذه الطريقة من أرخص الطرق المستخدمة للحصول على الهيدروجين ، وتتم عن طريق تفاعل البخار عالي الحرارة مع الغاز الطبيعي ، والذي ينتج أول أكسيد الكربون مع كمية من ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى الهيدروجين. في هذه العملية ، يتفاعل الماء مع أول أكسيد الكربون ، مما ينتج عنه هيدروجين إضافي. هناك أيضًا طريقة أخرى لإنتاج الهيدروجين ، تسمى عملية التغويز بالتغويز ، مما يعني استخدام جهاز تغويز مضغوط في تفاعل البخار عالي الحرارة مع الكتلة الحيوية أو الفحم بالإضافة إلى الأكسجين ، ويتم تحويلها إلى غاز ، تحتوي على أول أكسيد الكربون وبخار الماء ، والتي تتفاعل معًا لإنتاج الهيدروجين.
التحليل الكهربائي
يعني استخدام تيار كهربائي يقسم الماء إلى هيدروجين وأكسجين ، ويتم إنتاج الكهرباء من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح ، مما يجعل الهيدروجين الناتج متجددًا أيضًا وله العديد من فوائد الانبعاثات. بدأت مشاريع الطاقة في التحول إلى الهيدروجين ، حيث يتم استخدام الكهرباء المتجددة الزائدة لإنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي.
إعادة تشكيل السوائل
وبهذه الطريقة يتفاعل الوقود المتجدد في صورته السائلة ، على سبيل المثال غاز الإيثانول بالإضافة إلى البخار عند درجة حرارة كبيرة ، من أجل إنتاج غاز الهيدروجين ، ويجب أن تتم هذه العملية بالقرب من المنطقة التي سيتم استخدامه فيها.
التخمير
في هذه الطريقة ، يتم تحويل الكتلة الحيوية إلى مواد خام غنية بالسكر يمكن تخميرها لإنتاج الهيدروجين.
التقنيات المتقدمة لانتاج الهيدروجين وشحنه لاستخدامه كوقود
هناك العديد من الطرق التي تحاول إنتاج الهيدروجين وتقليل تكلفة تقنيات الإنتاج لجعل تكلفة الهيدروجين المنتج منافسة لوقود النقل التقليدي. تعمل مشاريع البحث والتطوير الحكومية والصناعية على تقليل التكلفة وكذلك الآثار البيئية لتقنيات إنتاج الهيدروجين ، ولا تزال هذه الأساليب قيد التطوير:
فصل الماء بدرجة حرارة عالية
في هذه الطريقة ، تُستخدم المفاعلات النووية أو المكثفات الشمسية لإنتاج درجات حرارة عالية وتفاعلات كيميائية تفصل الماء وتنتج الهيدروجين.
تقسيم الماء الضوئي
يمكن للميكروبات مثل البكتيريا والطحالب الدقيقة أو الخضراء إنتاج الهيدروجين من خلال التفاعلات البيولوجية باستخدام ضوء الشمس أو المواد العضوية عن طريق استهلاك الماء مع ضوء الشمس ويتم إنتاج الهيدروجين كمنتج ثانوي.
تقسيم المياه الكهروضوئية
تنتج الأنظمة الكهروكيميائية الكهروضوئية الهيدروجين من الماء. تستخدم عمليات فصل المياه بالطاقة الشمسية المباشرة أو عمليات التحلل الضوئي الطاقة الضوئية لتقسيم الماء إلى هيدروجين وكذلك الأكسجين باستخدام أشباه موصلات خاصة وطاقة من ضوء الشمس.[1] و [3]
توزيع الهيدروجين
لم تكن هناك حتى الآن شبكة طرق مخصصة ومبنية لتوزيع الهيدروجين بشكل صحيح في معظم أنحاء البلاد ، ولا تزال البنية التحتية اللازمة لتوزيع الهيدروجين على محطات الغاز الحالية للسيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود بحاجة إلى التطوير والتحديث. في مكان استخدامه أو بالقرب منه ، يتم ذلك عادةً في المواقع الصناعية الكبيرة. هناك عدة طرق تقليدية تستخدم لتوزيع الهيدروجين على المحطات ومنها:
- خط الأنابيب: تعني هذه الطريقة مد خط أنابيب بين المصدر والمستهلك. تقع معظم خطوط الأنابيب هذه في أمريكا بالقرب من مصانع كيميائية كبيرة ومصافي نفط عملاقة. تعتبر هذه الطريقة من أرخص الطرق المستخدمة لتوصيل كميات كبيرة من الهيدروجين.
- مقطورات الأنبوب عالي الضغط: تعني هذه الطريقة استخدام مقطورات ذات أشكال مختلفة من سفينة أو مقطورة سكة حديد أو حتى شاحنة تقليدية. هذه المقطورات مخصصة لذلك ولها أنبوب ضغط عالي وهو مكلف للغاية ومكلف ولا يصل مسافات كبيرة ولكنه يستخدم فقط في مسافات قصيرة لا تتجاوز 200 ميل تقريبا.
- ناقلات الهيدروجين المسال: تعني هذه الطريقة استخدام الهيدروجين ولكن في صورة سائلة. ويتم ذلك عندما يبرد الهيدروجين إلى درجة الحرارة التي تجعله سائلاً ، ثم يوضع في أوعية مخصصة لذلك. هذه العملية تسمى التسييل المبرد. على الرغم من أن هذه الطريقة من أغلى طرق النقل المستخدمة ، إلا أنها تعتبر الأكثر فعالية وكفاءة مقارنة باستخدام المقطورات ذات أنابيب الضغط العالي ، حيث يمكن أن تصل إلى أماكن أبعد بكثير ، ولكن يجب استخدام هذا الهيدروجين المسال على ارتفاع معدل درجة الحرارة. الهيدروجين بعناية. [1]
السيارات التي تعمل بالهيدروجين
اعتمدت صناعة السيارات مؤخرًا على استخدام مصادر الطاقة المتجددة التي لا تضر بالبيئة ، وهذه السيارات عبارة عن سيارات تعمل بخلايا وقود أو سيارات كهربائية تعتمد على الهيدروجين لتشغيل المحرك بدلاً من الوقود التقليدي مثل الديزل أو البنزين ، وتعمل هذه السيارة على اتحاد الأكسجين في الهواء مع الهيدروجين من خلال خلايا الوقود الموجودة ، ينتج هذا الاتحاد الماء والكهرباء اللازمين للسيارة لتعمل. تقوم خلية الوقود هنا ، بدورها ، بتوحيد البروتونات مع الأكسجين لإنتاج جزيئات الماء بالإضافة إلى توليد التيار الكهربائي والحرارة. [4] و [6]
شحن الهيدروجين في السيارات
لا تحتاج خلايا الوقود إلى إعادة شحنها بشكل دوري مثل البطاريات ولكنها بدلاً من ذلك تستمر في إنتاج الكهرباء طالما تم توفير مصدر للوقود. يُباع الهيدروجين المضغوط في محطات التزود بالوقود بالهيدروجين. خلايا الوقود هي مصدر طاقة نظيف وفعال.[6]
ميزات خلية وقود الهيدروجين
لاستخدام الهيدروجين في خلايا الوقود العديد من الفوائد والمزايا التي تجعله من أفضل مصادر الطاقة ، ومنها:
- تنبعث منها القليل من الانبعاثات ، وهي شبه معدومة.
- يعمل بكفاءة عالية.
- تعمل بموثوقية وقدرة عالية.
- الوقود هنا مرن وغير منفذ
- تعتبر خلايا وقود الهيدروجين من أكثر مصادر الطاقة أمانًا.
- خلايا وقود الهيدروجين متينة.
- تعمل هذه الخلايا بهدوء لأنها لا تحتوي على أجزاء متحركة.[6]
