حياتك

كيفية استخراج الهيدروجين الأخضر

كيفية استخراج الهيدروجين الأخضر

. الطرق المستخدمة لإنتاج الهيدروجين الأخضر . طريقة التحليل الكهربائي . طريقة تسخين المواد العضوية . تحديات إنتاج الهيدروجين الأخضر . استخدامات الهيدروجين

كيفية استخراج الهيدروجين الأخضر

تمت الكتابة بواسطة: هناء طلوزي

آخر تحديث: ٠٨:٠١ ، ٢١ أبريل ٢٠٢٢

سميّ الهيدروجين الأخضر (بالإنجليزية: Green Hydrogen) بهذه الاسم لإنتاجه من الكهرباء الخضراء ولعدم إنتاجه الغازات الدفيئة (صديق للبيئة) مقارنة بالأنواع الأخرى، وطرق إنتاجه كالآتي:[١]

يتم إنتاج الهيدروجين من الماء من خلال عملية يطلق عليها عملية التحليل الكهربائي؛ حيث إنّ جزيئات الماء (H2O) تحتوي على كلٍّ من الهيدروجين والأكسجين وعليه فيتم تكسير جزيئات الماء باستخدام تيار كهربائي يمر عبر محلل كهربائي؛ وذلك بهدف إنتاج غاز الهيدروجين الأخضر(H2).[١]

ومن الجدير ذكره أن الشرط الأساسي في هذه العملية حتى يكون الهيدروجين أخضرًا أن تكون الكهرباء التي يتم استخدامها في عملية التحليل الكهربائي خالية من الكربون أي ما يطلق عليها الكهرباء الخضراء، وهي الكهرباء الي يتم إنتاجها من مصادر طاقة متجددة، وأبرزها الماء والرياح والشمس.[١]

في هذه الطريقة لا يتم إنتاج غاز الهيدروجين بشكل مباشر وإنما ينتج غاز مركب يتم استخلاص الهيدروجين منه، كما أن هذه الطريقة ما زالت قيد العمل ولم يتم اعتمادها بشكل أساسي لذا فإن الطريقة الأكثر شيوعًا هي طريقة التحليل الكهربائي.[١]

إنّ مبدأ تسخين المواد العضوية يقوم على تسخين المواد العضوية مثل الخشب وبقايا المحاصيل الزراعية إضافة إلى أنواع مختلفة من النفايات التي يدخل فيها الكربون بشكل أساسي مثل النفايات الصلبة والإطارات القديمة والبلاستيك غير القابل لإعادة التدوير والنتواتج الصلبة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي وغيرها.[١]

يتم تسخين هذه المواد حتى درجة حرارة تتراوح بين (900 – 1200) درجة مئوية وذلك بإضافة كمية من الأكسجين ليكون الناتج النهائي غاز مركب يتم استخلاص غاز الهيدروجين منه.[١]

بالرغم من كون الهيدروجين متعدد الاستخدامات إلا أنه توجد العديد من التحديات لإنتاجه، وأهمها ما يأتي:[٢]

تتعدد استخدامات الهيدروجين الأخضر وأبرز استخداماته ما يأتي:[٣]

يستخدم الهيدروجين الأخضر في تزويد الحافلات والسيارات بالوقود عبر تقنية يطلق عليها تقنية خلية الوقود، حيث يكون لوسائل النقل التي تعمل بهذه الطاقة خزان هيدروجين متصل بخلية الوقود لتوليد الكهرباء لمحرك السيارة.

تم الإرسال بنجاح، شكراً لك!

كيفية إنتاج الهيدروجين وتاريخ اكتشافه

يتبادر إلى أذهان المهتمين بقطاع الطاقة سؤال مهم، حول كيفية إنتاج الهيدروجين، خاصة بعد أن تصدَّر هذا الوقود عناوين الأخبار خلال العامين الأخيرين، على الرغم من

كيفية إنتاج الهيدروجين وتاريخ اكتشافه

يتبادر إلى أذهان المهتمين بقطاع الطاقة سؤال مهم، حول كيفية إنتاج الهيدروجين، خاصة بعد أن تصدَّر هذا الوقود عناوين الأخبار خلال العامين الأخيرين، على الرغم من أن المعلومات الفنية المتعلقة به غير متاحة لعدد كبير من الناس.

والهيدروجين يعدّ أحد أقوى بدائل النفط في حال تطوير تكنولوجيا استخلاصه من مصدر ما، كما إنه من المتوقع أن يكون الوقود الرئيس في المستقبل.

ويعدّ غاز الهيدروجين عنصرًا خفيفًا موجودًا في الطبيعة، وهو أخفّ بنحو 14 مرة من الهواء، لذلك كان استخدامه في البداية مختلفًا عما نعرفه اليوم، وهو عديم اللون والرائحة، ويتوافر بكميات لا تنضب في جميع أنحاء العالم.

ويمكن حرق الهيدروجين بدلًا من البنزين في محركات السيارات، أو مزجه في خلايا الوقود مع الأكسجين لتوليد الكهرباء وتسيير السيارات.

يشرح خبير الهيدروجين والصناعات الغازية لدى منظمة الأقطار العربية المصدرة للبترول “أوابك”، وائل حامد عبدالمعطي، كيفية إنتاج الهيدروجين واستخداماته، وذلك خلال مشاركته مؤخرًا في برنامج “أنسيات الطاقة” في موقع تويتر، ضيفًا على مستشار تحرير منصة الطاقة المتخصصة الدكتور أنس الحجي.

وبحسب خبير أوابك، لا تعدّ معرفة الإنسان بغاز الهيدروجين حديثة، إذ اكتشفه العالم البريطاني الشهير “بويل” قبل 350 عامًا، عندما وضع قطعة من المعدن في حمض، وحدث تفاعل، نتجت عنه فقاعات غازيّة، قد تشتعل إذا وجد مصدر اشتعال، ولكنه لم يتوصل لطبيعة هذا الغاز، ولا استخداماته وأهميته.

الهيدروجين

بعد 100 عام، جاء عالم بريطاني آخر، أجرى التفاعل نفسه، وجمع الفقاعات الغازية لاستخدامها في الاشتعال، فوجد أن هذا الاشتعال ينتج عنه تكثيف بخار الماء، فأطلق عليه وقتها “هيدروجين”، وهو لفظ من شقّين، “هيدرو” وهي تشير للاشتعال، و”جين” وهي بخار الماء.

بداية التعامل التجاري مع الهيدروجين جاءت في مطلع القرن العشرين، ولم يكن التعامل معه بصفته وقودًا أو مادة خامًا، كما هو معتاد، ولكنه كان يُستخدم بصفته غاز رفع، لأنه مادة خفيفة جدًا.

فكان استخدامه بالمناطيد وسفن الهواء في الولايات المتحدة، خاصة أن تكلفة الهيليوم في ذلك الوقت كانت مرتفعة، عكس الهيدروجين الذي كان مادة متوافرة ورخيصة، ويمكن استخدامه لهذا الغرض، وكان ذلك قبل اختراع الطائرات النفاثة.

إلّا أن حادثة شهيرة وقعت في ولاية نيوجيرسي الأميركية، عندما حدث تسرّب للهيدروجين في أحد المناطيد، الأمر الذي تسبَّب في انفجاره، ومن ثم بدأ إعادة التفكير في استخدامه بهذا الشكل، بعد حظره بصفته مادة يمكن استخدامها.

وبدأ استخدام الهيدروجين في شكل الوقود، مع انطلاق وكالة ناسا الأميركية في خمسينيات القرن الماضي، إذ بدأت وكالة الفضاء الأميركية استخدامه وقودًا من خلال استغلاله في رحلات مركباتها إلى الفضاء، بسبب طبيعته منخفضة الوزن وعالية الطاقة، والوكالة كانت مهتمة بالوزن، فهي لا تريد استخدام أوزان كبيرة من الوقود في بعثاتها الخارجية.

عند الحديث عن كيفية إنتاج الهيدروجين، ينبغي النظر إلى أمرين، الأول هو المادة الخام التي سينتج منها، والثاني هو الوقود المستخدم في عملية الإنتاج، خاصة أنه له عدّة مصادر، وغير موجود بصفة عنصر حرّ في الطبيعة إلّا في حالات نادرة جدًا.

ومن ثم، فإن الهيدروجين موجود في شكل جزيء أو داخل مادة أخرى، ولا بد من استخلاصه منها، لذلك صُنِّف هذا الوقود المهم على أساس الألوان.

وأصبح هناك حديث عن الهيدروجين الأصفر والأخضر والرمادي والأسود والأزرق والقرمزي والوردي، وذلك من خلال النظر إلى المادة الخام والوقود المستخدم في الإنتاج.

وهو ينتج من الغاز الطبيعي، الذي يحتوي على هيدروجين لأنه “ميثان”، أي ذرّة كربون من 4 ذرات هيدروجين، وهناك عملية معروفة اسمها “إصلاح الميثان بالبخار”، أي يُستخدم الغاز الطبيعي مادةً خامًا لإنتاج الهيدروجين، ويُستخدم التسخين الحراري من خلال الغاز نفسه.

يُستخدم الفحم في إنتاج هذا النوع من الهيدروجين، وذلك من خلال تغويزه، أي تحويله إلى غاز، ومن ثم يمكن استخدام الغاز المنتَج من الفحم في عملية الإنتاج، وأحيانًا يُطلَق عليه “البني”.

يمكن إنتاج الهيدروجين الأزرق من إحدى الطريقتين السابقتين، سواء بالفحم أو الغاز، ولكن ما يفرّقه عنهما هو أن عملية الإنتاج تتضمن احتجاز الكربون وتخزينه.

مع تجنّب استخدام الوقود الأحفوري، يمكن استخدام المياه التي تحتوي على الهيدروجين والأكسجين، ففي حال إجراء عملية تحليل كهربائي للماء، ينفصل الماء إلى جزيء أكسجين وجزيء هيدروجين، وفي هذه الحالة يتكون الهيدروجين الأخضر، بإشارة إلى أن مصدر الطاقة من المصادر المتجددة.

يمكن إنتاج الهيدروجين الأصفر من الماء أيضًا، ولكن بدلًا من استخدام الطاقة المتجددة تُستَخدَم الطاقة النووية، وأحيانًا يُطلق عليه اسم “الوردي”.

تجري فيه أكسدة الغاز الطبيعي أو الكتلة الحيوية.

وعلى الرغم من أن هذه هي التصنيفات المتداولة عالميًا، وفي المؤسسات الدولية الكبرى، فإن لجنة الخبراء في الأمم المتحدة قررت الابتعاد عن التصنيف بالألوان، والاتجاه إلى تصنيفات أخرى، تكون معبّرة بشكل أكبر، ويكون هناك نوع من توحيد المصلطحات. وهو ما سيُعلَن خلال أشهر من الآن.

كيفية إنتاج الهيدروجين

بعد الحديث عن كيفية إنتاج الهيدروجين، يمكن تصنيف الهيدروجين أيضًا حسب طريقة والمادة المستخدمة في إنتاجه، فالمنتَج من الغاز الطبيعي أو الفحم يسمى هيدروجينًا غير متجدد، بينما إذا كان منتَجًا من الماء، يُطلَق عليه في هذه الحالة هيدروجين متجدد.

وهناك مسميات أخرى بدأت تظهر على الساحة الدولية، مثل الهيدروجين منخفض الكربون، والهيدروجين الخالي من الكربون.

وهنا نشير إلى أنه في حالة إنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري، فيكون هيدروجينًا عالي الكربون، وفي حالة إنتاجه من الوقود الأحفوري مع احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه فهو يكون منخفض الكربون، أمّا في حالة إنتاجه من الماء فهو يكون خاليًا من الكربون.

اقرأ أيضًا..

الهيدروجين الأخضر: كيف يمكن لمياه المرحاض أن تمد منزلك بالطاقة لأيام؟

الهيدروجين الأخضر: كيف يمكن لمياه المرحاض أن تمد منزلك بالطاقة لأيام؟

الهيدروجين الأخضر: كيف يمكن لمياه المرحاض أن تمد منزلك بالطاقة لأيام؟

شارك في هذا المقال

هل سيحل الهيدروجين الخالي من الانبعاثات في يوم من الأيام محل الوقود الأحفوري بالكامل؟ ترى شركة ناشئة في ألمانيا أن لديها المفتاح لجعل ذلك متاحاً للجميع قريبا.

تقول فيتي كوان، المنحدرة من إحدى جزر المحيط الهادئ المتأثرة بتغير المناخ، والمؤسسة المشاركة في هذه الشركة: “أردت استبدال جميع مولدات الديزل في كاليدونيا الجديدة وجميع المناطق النائية التي لم تكن بحاجة إلى الاعتماد على الديزل، ولكن بعد أن أدركت إمكانات الهيدروجين الأخضر ليحل محل الوقود الأحفوري، أردت أن أكون جزءا من هذا التغيير”.

من مقرها الرئيسي في ألمانيا، نشرت الشركة الناشئة “إينابتر Enapter” أجهزة التحليل الكهربائي ذات غشاء التبادل الأيوني في أكثر من 100 مشروع في 33 دولة. تحول هذه التكنولوجيا الكهرباء المتجددة إلى غاز هيدروجين خالي من الانبعاثات.

حاليا يطوَرُ المحلل الكهربائي “إيه إي إم AEM” بسرعة وبتكلفة أقل مما كان يعتقد سابقا، ويعمل بالفعل على تزويد السيارات والطائرات بالطاقة وتدفئة المنازل.

فازت مولدات الهيدروجين من “إنابتر Enapter” مؤخرًا بجائزة الأمير ويليام للبيئة المعروفة باسم “إيرث شوت Prince William’s Earthshot” في فئة “فيكس آور كلايمت Fix Our Climate” أو إصلاح مناخنا.

ما هو الهيدروجين الأخضر؟

توجد نسبة كبيرة من الهيدروجين الموجود على الكوكب في الماء. الهيدروجين “الأخضر” هو طريقة لاستخراجه لا تتسبب بانبعاثات. يعتمد هذا الاستخراج على الطاقة المتجددة، التي تُستخدم لتشغيل المحلل الكهربائي. التحليل الكهربائي هو العملية الكيميائية اللازمة لفصل ذرات الهيدروجين والأكسجين في الماء.

استخراج الهيدروجين بهذه الطريقة واجه انتقادات شتى، بسبب قلة كفاءته وكلفته العالية. ومع ذلك، تقول “إنابتر Enapter” إن المحلل الكهربائي AEM، الذي يصنعونه، يحل هذه المشاكل ويوفر طريقة سريعة وسهلة لإنتاج الطاقة الخضراء، حتى في المنزل.

ولكن كيف للمياه المستخدمة في تنظيف المرحاض أن تشغل كهرباء المنزل لأيام؟

تقول الشركة الناشئة إن محللها الكهربائي يلزمه حوالي 2.4 لترا من الماء لتوليد ما يكفي من الهيدروجين لمنزل شخصين لعدة أيام، مع الإشارة إلى أن العداد الدقيق للوقت يعتمد على سعة تخزين الطاقة.

هذه الكمية من الماء التي تلزم لتشغيل المحلل الكهربائي تساوي نصف كمية المياه المستخدمة في شطف المرحاض مرة واحدة (5 لترات)، وثماني مرات أقل من استهلاك المياه في غسالة الأطباق (20 لترا).

ستساعد جائزة إيرث شوت الشركة الناشئة على بدء الإنتاج الضخم، المقرر في بداية 2023.

وبحلول عام 2050، تأمل الشركة بإنتاج 10٪ من الهيدروجين في العالم.

KeywordS

علوم الأرض , ثروات طبيعية , كيفية , استخراج , الهيدروجين , الأخضر , ألمانيا , طاقة , البيئة

كيفية استخراج الهيدروجين الأخضر

زر الذهاب إلى الأعلى