طرق إنتاج طاقة الهيدروجين

بشكل عام يعتبر الهيدروجين هو أكثر المواد الكيميائية وفرة في عالمنا، حيث يمكن إن يكون هذا الهيدروجين نظيف ومرن وقابل للتخزين وآمن، كما يمكن أيضاً معالجته إلى طاقة باستخدام طرق مثل التحليل الكهربائي وإعادة تشكيل البخار، وإن طاقة الهيدروجين هي ناقلة للطاقة، ويوجد لها مجموعة واسعة من بعض الاستخدامات العملية بما في ذلك: الوقود والتدفئة والمواد الكيميائية والمواد الخام لاستخدامها في العديد من العمليات الصناعية، وقد تلعب طاقة الهيدروجين على نطاق واسع أيضاً دوراً في نظام بيئي أكثر استدامة ونظافة.

ما هي طاقة الهيدروجين؟

هي عبارة عن الطاقة التي يتم إنتاجها من الهيدروجين، حيث يمكن إنتاجها كغاز أو سائل عن طريق بعض التقنيات مثل: تقنية إصلاح البخار أو تقنية التحليل الكهربائي، وعندما يتم إنتاجها باستخدام كل من الطاقة أو العمليات المتجددة يصبح الهيدروجين هذا وسيلة لتخزين الطاقة المتجددة لاستخدامها في وقت لاحق عندما يتم الحاجة إليها، كما يمكن تخزين طاقة الهيدروجين كغاز وحتى توصيلها عبر خطوط أنابيب الغاز الطبيعي الموجودة، وعند تحويله إلى مادة سائلة أو مادة أخرى مناسبة يمكن أيضاً نقل الهيدروجين في الشاحنات والسفن، وهذا يعني أنه يمكن تصدير الهيدروجين إلى الخارج، مما قد يجعله بالفعل سلعة طاقة قابلة للتداول.

طرق إنتاج طاقة الهيدروجين:

لإنتاج الهيدروجين عادةً فإنه يجب فصله عن بعض العناصر الأخرى في الجزيئات التي يحدث فيها، حيث يوجد هناك العديد من المصادر المختلفة للهيدروجين وطرق إنتاجه لاستخدامه كوقود، وهما كما يلي:

العمليات الحرارية: عادةً ما تتضمن العمليات الحرارية لإنتاج الهيدروجين إعادة التشكيل بالبخار، وهي عملية ذات درجة حرارة عالية يتفاعل فيها البخار مع وقود هيدروكربوني لإنتاج الهيدروجين، ويمكن إصلاح العديد من أنواع الوقود الهيدروكربوني لإنتاج الهيدروجين بما في ذلك: الغاز الطبيعي والديزل والوقود السائل المتجدد والفحم أو الكتلة الحيوية الغازية، واليوم يتم إنتاج حوالي 95٪ من كل الهيدروجين من إعادة التشكيل البخاري للغاز الطبيعي (العمليات الحرارية).

عملية التحليل الكهربائي: يمكن فصل الماء إلى أكسجين وهيدروجين من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي، حيث تحدث عمليات التحليل الكهربائي في محلل كهربي، ويعمل هذا المحلل الكهربائي بشكل يشبه إلى حد كبير خلية الوقود في الاتجاه المعاكس – بدلاً من استخدام طاقة جزيء الهيدروجين، وينتج المحلل الكهربائي أخيراً طاقة الهيدروجين من جزيئات الماء.

العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية: وهنا قد تستخدم العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية الضوء كعامل لإنتاج طاقة الهيدروجين، حيث أنه يوجد هناك عدد قليل من العمليات التي تحركها الطاقة الشمسية بما في ذلك: الكيمياء الحيوية الكهروضوئية والكيميائية الحرارية الشمسية، فعلى سبيل المثال تستخدم العمليات الحيوية الضوئية النشاط الضوئي الطبيعي للبكتيريا والطحالب الخضراء لإنتاج طاقة الهيدروجين، وتستخدم العمليات الكهروكيميائية الضوئية أشباه موصلات متخصصة لفصل هذا الماء إلى هيدروجين وأكسجين، وأيضاً قد يستخدم إنتاج الهيدروجين الكيميائي الحراري الشمسي الطاقة الشمسية المركزة لدفع تفاعلات تقسيم الماء غالباً جنباً إلى جنب مع الأنواع الأخرى مثل: أكاسيد المعادن.

العمليات البيولوجية: عادةً تستخدم العمليات البيولوجية الميكروبات مثل: البكتيريا والطحالب الدقيقة، حيث يمكن أن تُنتج طاقة الهيدروجين من خلال بعض التفاعلات البيولوجية، وفي عملية تحويل الكتلة الحيوية الميكروبية تقوم الميكروبات بتفكيك المواد العضوية مثل: الكتلة الحيوية ومياه الصرف لإنتاج الهيدروجين، ومع ذلك في العمليات الحيوية الضوئية تستخدم الميكروبات ضوء الشمس كمصدر للطاقة.

إعادة تشكيل الميثان بالبخار وهي طريقة مستخدمة على نطاق واسع لإنتاج طاقة الهيدروجين التجارية: يمثل إصلاح الميثان بالبخار جميع الهيدروجين المنتج تجارياً تقريباً في بعض دول العالم مثل: الولايات المتحدة، حيث قد يستخدم منتجي الهيدروجين التجاريين ومصافي النفط إعادة تشكيل بخار الميثان لفصل ذرات الهيدروجين عن ذرات الكربون في الميثان، وفي إعادة تشكيل البخار والميثان هذه فإنه يتفاعل البخار عالي الحرارة (1300 درجة فهرنهايت إلى 1800 درجة فهرنهايت) تحت ضغط من 3 إلى 25 بار مع الميثان في وجود محفز لإنتاج الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة نسبياً من ثاني أكسيد الكربون.

أخيراً قد يقوم منتجو الهيدروجين والمسوقون والوكالات الحكومية والمنظمات الأخرى بتصنيف أو تعريف طاقة الهيدروجين وفقاً لمصادر الطاقة لإنتاجه، فعلى سبيل المثال قد يشار أحياناً إلى طاقة الهيدروجين المنتجة باستخدام الطاقة المتجددة على أنه الهيدروجين المتجدد أو الهيدروجين الأخضر، كما يمكن تسمية الهيدروجين المنتج من الفحم بالهيدروجين البني، ويمكن الإشارة إلى الهيدروجين المنتج من الغاز الطبيعي أو البترول باسم الهيدروجين الرمادي، وقد يُشار إلى إنتاج الهيدروجين البني أو الرمادي جنباً إلى جنب مع التقاط الكربون باسم الهيدروجين الأزرق.

شاهد أيضاً

الفرق بين الهندسة الكيميائية والكيمياء

على الرغم من وجود تداخل بين الكيمياء والهندسة الكيميائية، إلّا أنّ الدورات الدراسية التي تدرسها …