الهيدروجين الأخضر، من أجل مستقبل أفضل

ما هو الهيدروجين الأخضر؟

الهيدروجين الأخضر هو وقود احتراق نظيف خالي من الانبعاثات عن طريق استخدام الطاقة المتجددة لتحليل المياه بالكهرباء، ويفصل ذرة الهيدروجين الموجودة في الماء عن جزيء الأكسجين المزدوج (في خلايا الوقود، يتم عكس العملية حيث يتم خلط الهيدروجين بالأكسجين لإنتاج الماء والكهرباء.). في الوقت الحاضر، يتم اشتقاق معظم الهيدروجين المستخدم كوقود من خلال فصله عن جزيئات الغاز الطبيعي. لكن هذا يتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة وينتج أيضًا ثاني أكسيد الكربون، مما دفع البعض إلى تسمية هذا الهيدروجين الرمادي، على عكس الأخضر. الهيدروجين الأزرق هو الاسم المستخدم إذا تم التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون الناتج ويتم احتسابه كوقود منخفض الانبعاثات ويوجد أيضًا الهيدروجين البني الذي يتم إنتاجه باستخدام الفحم حيث يتم إطلاق الانبعاثات في الهواء.

لماذا تتجه الأنظار نحو الهيدروجين بشكل خاص؟

لسبب واحد، أنها تحترق منتجة حرارة عالية بشكل نظيف. استبدال الوقود الأحفوري المستخدم الآن في الأفران التي تصل إلى 1500 درجة مئوية (2732 درجة فهرنهايت) بغاز الهيدروجين يمكن أن يحدث تأثيرًا كبيرًا في 20 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية التي تأتي الآن من الصناعة. في صناعة الصلب، يمكن أن يحل الهيدروجين محل الفحم الذي يستخدم الآن ليس فقط للحرارة ولكن لتنقية خام الحديد. المنتج الثانوي هو بخار الماء وليس ثاني أكسيد الكربون. وبينما تهيمن البطاريات حاليًا على مجال السيارات الكهربائية، تراهن بعض الشركات على أن خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين ستكون خيارًا أفضل من بطاريات المركبات الثقيلة، مثل الشاحنات والسفن وربما الطائرات.

طريقة إنتاج الهيدروجين الأخضر

يتكون الهيدروجين الأخضر من خلال عملية تعرف باسم التحليل الكهربائي (electrolysis). حيث يقوم جهاز يُعرف بالمُحَلِّل الكهربائي (electrolyzer) بتقسيم المركب إلى العناصر المكونة له باستخدام تيار كهربائي. غالبًا ما يكون هذا المركب عبارة عن ماء ينقسم إلى هيدروجين وأكسجين. إذا كانت الكهرباء المستخدمة تأتي من مصادر متجددة، مثل الرياح والطاقة الشمسية، فإن الهيدروجين الناتج يُعرف باسم الأخضر. يكمن التحدي في إمدادات المحلل الكهربائي القليلة نسبيًا، ومقارنة بعمليات الإنتاج الأكثر رسوخًا، فإن التحليل الكهربائي مكلف للغاية وبالتالي فإن العرض والطلب على المحلل الكهربائي قليل.

استخدامات الهيدروجين الأخضر

يتم استخدام غالبية الهيدروجين اليوم في الصناعة، بما في ذلك تكرير النفط وإنتاج الأمونيا والميثانول والصلب. لكن التطورات الحديثة في تكنولوجيا الهيدروجين الأخضر تجعلها أكثر جاذبية لعدد من الصناعات المختلفة. في النقل، يمكن أن يعمل وقود الهيدروجين كبديل مباشر للبنزين والديزل. على عكس المركبات الكهربائية، التي يمكن أن تستغرق حوالي 30 دقيقة لشحنها بواسطة أسرع محطات الشحن، يمكن أن تكون سيارات خلايا الوقود الهيدروجينية جاهزة للانطلاق في غضون دقائق.

لكن خلايا الوقود، التي تحول وقود الهيدروجين إلى طاقة قابلة للاستخدام للسيارات، لا تزال باهظة الثمن. ولا تزال البنية التحتية لمحطة الهيدروجين اللازمة لتزويد سيارات خلايا وقود الهيدروجين بالوقود غير متطورة على نطاق واسع. ومع ذلك، يعتقد الخبراء أن الهيدروجين يمكن أن يكون فعالًا بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بشاحنات النقل لمسافات طويلة، وقطاعات أخرى مثل شحن البضائع والسفر الجوي لمسافات طويلة، حيث سيكون استخدام البطاريات الثقيلة غير فعال. استخدام محتمل آخر للهيدروجين هو تخزين الطاقة المتجددة التي من شأنها أن تضيع. تعمل شركة Mitsubishi Power وشركة تخزين الوقود Magnum Development في مشروع في ولاية يوتا لبناء منشأة تخزين تبلغ 1000 ميغاوات من الطاقة النظيفة، جزئيًا عن طريق الاحتفاظ بالهيدروجين في كهوف الملح. من المقرر أن يتم تشغيل مشروع تخزين الطاقة النظيفة المتقدم بحلول عام 2025، وسيكون أكبر نظام تخزين للطاقة النظيفة في العالم.

عوائق مختلفة

يتكلف إنتاج الهيدروجين الأخضر حاليًا ما بين 2.50 دولارًا و4.50 دولارًا للكيلوغرام، وفقًا لتحليل أجرته BloombergNEF. يجب أن ينخفض هذا إلى أقل من دولار واحد للكيلوغرام حتى يصبح قادرًا على المنافسة مع الهيدروجين المصنوع من الوقود الأحفوري. تتوقع BNEF أنها ستصل إلى هذا المستوى بحلول عام 2030. لكن هذا يتوقف ليس فقط على التوسع الهائل في قدرة المحلل الكهربائي، ولكن أيضًا على زيادة هائلة في قدرة توليد الكهرباء – في وقت تكون فيه المولدات والشبكات العالمية مجهدة بالفعل لمواكبة الطلب من السيارات الكهربائية الحديثة. أيضًا، باعتباره أخف غاز في الكون، يجب ضغط الهيدروجين أو خلطه بالغاز الطبيعي لإرساله عبر خط أنابيب أو تبريده إلى حالة سائلة ليتم نقله عن طريق السفن، مما يزيد من تكاليفه مقارنة بالغاز الطبيعي.

الجهود المبذولة في مجال الهيدروجين الأخضر

حدد الاتحاد الأوروبي الهدف الأكثر طموحًا، وهو بناء أجهزة تحليل كهربائية قادرة على تحويل 40 جيجاوات من الكهرباء المتجددة إلى هيدروجين بحلول عام 2030. وقد جعل الهيدروجين مكونًا أساسيًا في خطة الصفقة الخضراء، والتي تتصور ما يصل إلى 470 مليار يورو (560 مليار دولار) من الاستثمارات العامة والخاصة بحلول عام 2050 على أمل إطلاق سوق الهيدروجين العالمي. أعلنت ألمانيا أن الهيدروجين الأخضر سيلعب دورًا مركزيًا في تحويل القاعدة الصناعية للبلاد مع انتقالها إلى صفر انبعاثات بحلول عام 2045.

تخطط الصين لامتلاك مليون سيارة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين على طرقها بحلول نهاية عام 2030. وقد تصل قيمة إنتاج الهيدروجين إلى تريليون يوان (155 مليار دولار) بحلول عام 2025، وفقًا لتحالف الهيدروجين الصيني. ستستثمر أستراليا 214 مليون دولار لتسريع تطوير أربعة محاور هيدروجين بقدرة 26 جيجاوات. اليابان، حيث استثمرت شركة Toyota Motor Corp بكثافة في تكنولوجيا خلايا الوقود، هي الشركة الرائدة عالميًا في محطات التزود بالوقود بالهيدروجين، بينما تقوم كوريا الجنوبية ببناء البنية التحتية للتزود بالوقود في ست مدن حيث تأمل في جعل الهيدروجين مصدر الطاقة الرئيسي بحلول عام 2025.

كان لدى الولايات المتحدة 6500 سيارة كهربائية تعمل بخلايا الوقود على الطريق في عام 2019، وهو أكبر أسطول في العالم. حددت إدارة الرئيس جو بايدن هدفًا يتمثل في خفض تكلفة الهيدروجين المتجدد بنسبة 80٪ بحلول عام 2030. وتضغط مجموعات الصناعة، بما في ذلك بعض شركات الوقود الأحفوري، من أجل الحصول على إعفاءات ضريبية لإنتاج الهيدروجين ودعم تحويل خطوط أنابيب الغاز الطبيعي إلى الهيدروجين .

المصادر

• cnbc
• earth.org
• bloomberg
• forbes
• abc