تطبيقات الهيدروجين الأخضر .. 4 طرق تكنولوجية لإنتاج الطاقة النظيفة

تبرز تطبيقات الهيدروجين الأخضر كحل واعد لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة النظيفة، إذ تعتمد على 4 تقنيات تكنولوجية لإنتاج الهيدروجين باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، بهدف دعم جهود الاستدامة والحفاظ على البيئة.

سنتناول في هذا المقال أبرز هذه التطبيقات، مع تسليط الضوء على الطرق التكنولوجية الأربعة المعتمدة في إنتاجه باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، مثل الكتلة الحيوية وتقنيات التحليل الكهربائي والتحليل الضوئي وتركيز الطاقة الشمسية، كما سنستعرض ميزات كل تقنية ودورها في دعم تحول الطاقة العالمي، إلى جانب فعالية الهيدروجين الأخضر كبديل مستدام للوقود الأحفوري في القطاعات المختلفة.

تطبيقات الهيدروجين الأخضر

يمكن تصنيف تطبيقات الهيدروجين الأخضر من مصادر متجددة إلى نوعين:

الأولي : العمليات المتعلقة بالكتلة الحيوية،
الثانية : عمليات تقسيم الماء.

في فئة تقسيم الماء، تُستخدم تقنيات متنوعة التحليل الكهربائي للماء باستخدام مصادر طاقة متجددة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح وهي أحد أفضل تطبيقات الهيدروجين الأخضر فهذه العملية لا تنتج أي انبعاثات كربونية، مما يجعلها صديقة للبيئة. هناك عدة أنواع من تقنيات التحليل الكهربائي كالتالي :

1-تطبيقات الكتلة الحيوية في إنتاج الهيدروجين الأخضر

تُتيح استخدام موارد الكتلة الحيوية المُتجددة ، وتتماشى مع أهداف التنمية المستدامة. تُعدّ الطرق الكيميائية الحرارية، مثل التسييل والتغويز والتحلل الحراري ، مفيدةً في تحويل الكتلة الحيوية إلى غازات غنية بالهيدروجين. تستخدم هذه التقنيات مواد خام مُتجددة لإنتاج هيدروجين محايد الكربون .

وتُوفر الكتلة الحيوية أيضًا طاقة متجددة ومستدامة بأشكال أخرى مثل الغاز الاصطناعي ، والغاز الحيوي ، وغاز الإنتاج. تتمتع طاقة الهيدروجين بإمكانيات كبيرة لإزالة الكربون من مختلف القطاعات بفضل تنوعها. ويُعتبر إنتاج طاقة الهيدروجين صديقًا للبيئة.

2- تطبيقات التحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي هو عملية كيميائية تستخدم الكهرباء لتقسيم الماء إلى الهيدروجين والأكسجين. هذه التقنية تعتبر حجر الأساس لإنتاج الهيدروجين الأخضر، حيث تسمح باستخدام الطاقة الكهربائية من مصادر متجددة مثل الرياح أو الطاقة الشمسية، دون إنتاج انبعاثات ضارة و تتنوع تقنيات التحليل الكهربائي كالتالي :

تكنولوجيا التحليل الكهربائي القلوي (Alkaline Electrolysis)

التحليل الكهربائي القلوي (Alkaline Electrolysis): أفضل تطبيقات الهيدروجين الأخضر التي تستخدم على نطاق واسع و يستخدم التحليل الكهربائي بتقنية PEM غشاءً إلكتروليتيًا بوليمريًا صلبًا لفصل غازي الهيدروجين والأكسجين. يتيح هذا الغشاء توصيلًا عاليًا للبروتونات، وهي عملية أساسية في إنتاج الهيدروجين الأخضر، مع منع اختلاط الغازات. يعمل هذا الغشاء في درجات حرارة منخفضة نسبيًا، تتراوح بين 50 و80 درجة مئوية، ويتميز بسرعة استجابته.

تكنولوجيا التحليل الكهربائي بغشاء تبادل البروتونات (PEM Electrolysis)

يتميز بكفاءة عالية واستجابة ديناميكية جيدة وذلك عند مرور تيار كهربائي عبر خلية التحليل الكهربائي بغشاء تبادل البروتون، تحدث التفاعلات التالية عند الأنود والكاثود عند الأنود، يحدث أكسدة الماء مما يؤدي إلى إطلاق غاز الأكسجين و تنتقل أيونات الهيدروجين المتكونة (البروتونات) عبر الإلكتروليت إلى الكاثود.

التحليل الكهربائي ذو الأكسيد الصلب (Solid Oxide Electrolysis)

يعمل في درجات حرارة عالية وله كفاءة نظرية عالية و تستطيع هذه الأنظمة من تطبيقات الهيدروجين الأخضر لتوليد الهيدروجين بكفاءة تصل إلى 100% لتطبيقات متعددة – سكنية، تجارية، صناعية، وقطاع النقل. تتمتع أنظمة التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب بالقدرة على إعادة صياغة كيفية تزويد العالم بالطاقة، مما يسمح بتوليد الهيدروجين بكفاءة ونظافة وموثوقية.

تفنية التحليل الكهربائي الغشائي الأيوني (Anion Exchange Membrane Electrolysis)

تقنية واعدة تجمع بين مزايا التقنيتين القلوي و PEM و تقنية التحليل الكهربائي الأكثر تقدمًا والمتاحة تجاريًا بسعة ميغاواط (MW) لإنتاج الهيدروجين و تستخدم إلكتروليتات سائلة مائية KOH/NaOH (25-40٪ وزنيًا) وأغشية مسامية لفصل الأقطاب الكهربائية. تتمثل المشكلات الأساسية في AWE في كثافة التيار المحدودة وانخفاض ضغط التشغيل.

تقنيات الهيدروجين الأخضر — تطبيقات الهيدروجين الأخضر .. 7 طرق تكنولوجية لإنتاج الطاقة المتجددة

3- تطبيقات التحليل الضوئي

إنتاج الهيدروجين بالتحفيز الكهروضوئي هو تقنية طاقة مستدامة تستخدم الطاقة الشمسية لتحليل الماء إلى هيدروجين وأكسجين . و تتنوع تقنيات التحليل الضوئي كالتالي:

التحليل الضوئي الحيوي (Bio-photolysis)

يشير مصطلح التحليل الضوئي الحيوي إلى تطبيقات الهيدروجين الأخضر للإنتاج بتحلل الماء تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة ذاتية التغذية الضوئية (مثل الطحالب الخضراء والبكتيريا الزرقاء). تستخدم هذه الكائنات طاقة ضوء الشمس لإنتاج الكربوهيدرات (البناء الضوئي)، أو في ظروف خاصة، الهيدروجين (التحليل الضوئي الحيوي) عن طريق تحلل الماء.

التحفيز الضوئي (Photo-catalysis)

يُمكّن التحفيز الضوئي من إنتاج الهيدروجين عن طريق انقسام الماء، باستخدام المحفزات الضوئية والإشعاع الضوئي، والذي يمكن تخزينه واستخدامه في تطبيقات متنوعة. وقد أظهر التحفيز الضوئي تحسينات كبيرة وعوائد واعدة في إنتاج الهيدروجين، متجاوزًا مراحله الأولية باستخدام مواد محفزة ضوئية لفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام ضوء الشمس.

4- تركيز الطاقة الشمسية (Concentrated Solar Power)

يمكن استخدام هذه الكهرباء في عملية التحليل الكهربائي لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يبدو أن تقنيات الطاقة الكهربائية الشمسية الحرارية، التي تشغل أنظمة التحليل الكهربائي المتقدمة للمياه القلوية، هي حاليًا أكثر الأنظمة كفاءة، مع كفاءة تحويل صافية من الطاقة الشمسية إلى هيدروجين و تبلغ حوالي 20٪ من استخدام حرارة الشمس المركزة لتحفيز تفاعلات كيميائية لإنتاج الهيدروجين.

فيديو .. الهيدروجين الأخضر ..تطبيقاتة الصناعية ومدي فعاليتة كبديل للوقود الأحفوري

ختامًا، يشهد العالم تحولًا متسارعًا نحو تبني مصادر طاقة مستدامة ونظيفة و، يبرز دور تطبيقات الهيدروجين الأخضر كوقود واعد يحمل في طياته إمكانات هائلة لإحداث تغيير جذري في مشهد الطاقة العالمي.

مراجع :