إنتاج الهيدروجين الأزرق .. 5 طرق شائعة عالميًا

تعتمد طرق إنتاج الهيدروجين الأزرق بشكل أساسي على 5 عمليات كيميائية حرارية راسخة هذه العمليات مطبقة على نطاق واسع في الصناعة حيث تحول الغاز الطبيعي (الميثان) إلى هيدروجين وثاني أكسيد الكربون. المفتاح في جعل هذا الهيدروجين “أزرق” هو التطبيق الفعال لتقنيات احتجاز الكربون المتقدمة، والتي تفصل ثاني أكسيد الكربون الناتج وتحبسه بعيدًا عن الغلاف الجوي، سواء عن طريق التخزين الجيولوجي الدائم أو إعادة استخدامه في تطبيقات صناعية أخرى.

طرق إنتاج الهيدروجين الأزرق

يتم إنتاج الهيدروجين الأزرق عن طريق إعادة تشكيل الوقود الأحفوري ، تمامًا مثل اللون الرمادي ، ولكن يتبع العملية التقاط وتخزين الكربون المنبعث في هذه العملية. يُعرف باسم “غاز منزوع الكربون” أو “غاز منخفض الكربون” ويعتبره البعض مصدرًا نظيفًا للطاقة. هناك جدل في هذا الصدد ، حيث أن تقنيات احتجاز الكربون وتخزينه ليست دائمًا خالية من المشاكل البيئية

1- إصلاح الميثان بالبخار (Steam Methane Reforming – SMR)

إصلاح الميثان بالبخار (SMR) الأكثر شيوعًا و اقتصادية من طرق إنتاج الهيدروجين الأزرق وهي عملية يتم فيها تسخين الميثان من الغاز الطبيعي ، مع البخار، وعادةً مع محفز، لإنتاج خليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين المستخدم في التخليق العضوي وكمصدر للوقود في مجال الطاقة.

تعتبر المفاعلات النووية الصغيرة هي العملية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لتوليد الهيدروجين في مفاعلات إعادة التشكيل بالبخار، يتفاعل الميثان مع البخار تحت ضغط يتراوح بين 3 و25 بار (1 بار = 14.5 رطل/بوصة مربعة) بوجود محفز لإنتاج الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة نسبيًا من ثاني أكسيد الكربون. تفاعل إعادة التشكيل بالبخار ماص للحرارة.

يجب توفير الحرارة للعملية لإتمام التفاعل في “تفاعل تحويل الماء إلى غاز”، يتفاعل أول أكسيد الكربون والبخار باستخدام محفز لإنتاج ثاني أكسيد الكربون ومزيد من الهيدروجين. وفي خطوة نهائية تُسمى “الامتزاز بالضغط المتأرجح”، يُزال ثاني أكسيد الكربون والشوائب الأخرى من تيار الغاز، ليتبقى هيدروجين نقي. يمكن أيضًا استخدام عملية الإصلاح بالبخار لإنتاج الهيدروجين من أنواع وقود أخرى، مثل الإيثانول والبروبان وحتى البنزين.

2- الإصلاح الذاتي الحراري (Autothermal Reforming – ATR)

تُعد هذه الطريقة أكثر كفاءة من SMR من حيث استخدام الطاقة و تجمع ATR بين إصلاح الميثان بالبخار والأكسدة الجزئية للميثان في مفاعل واحد و تتضمن العملية تفاعل الميثان مع الأكسجين وبخار الماء في وجود عامل محفز و تنتج هذه العملية الهيدروجين وغاز التخليق (خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) وثاني أكسيد الكربون مثل SMR، يتم احتجاز ثاني أكسيد الكربون الناتج.

3- الأكسدة الجزئية (Partial Oxidation – POX)

يمكن استخدام هذه الطريقة لتحويل المواد الهيدروكربونية الثقيلة (مثل مخلفات التكرير) إلى هيدروجين و تتضمن الأكسدة الجزئية حرقًا غير كامل للمادة الخام مع كمية محدودة من الأكسجين و تنتج هذه العملية غاز التخليق أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون و يتم بعد ذلك احتجاز ثاني أكسيد الكربون.

4-تغويز الفحم (Coal Gasification)

يُستخدم في الدول التي تعتمد بشكل كبير على الفحم، مثل الصين و يتم تغويز الفحم لإنتاج غاز التخليق، الذي يحتوي على الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ثم يتم بعد ذلك تحويل أول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون لإنتاج المزيد من الهيدروجين، ثم يتم احتجاز ثاني أكسيد الكربون.

5- احتجاز وتخزين الكربون (CCS)

العنصر الأساسي الذي يميز إنتاج الهيدروجين الأزرق عن الهيدروجين الرمادي. بعد إنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري، يتم استخدام تقنيات احتجاز الكربون لفصل ثاني أكسيد الكربون عن تيار الغاز. ثم يتم حقن ثاني أكسيد الكربون الملتقط بأمان في تشكيلات جيولوجية عميقة تحت الأرض، مثل مكامن النفط والغاز المستنفدة أو طبقات المياه المالحة.

و يمكن أيضًا استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط في تطبيقات صناعية مختلفة، مثل إنتاج الميثانول أو مواد كيميائية أخرى، أو في تعزيز استخلاص النفط (EOR) و يعتبر الهيدروجين الأزرق حلاً انتقاليًا لخفض الانبعاثات الكربونية في الصناعات التي يصعب فيها التحول الفوري إلى الطاقة المتجددة، وذلك لحين زيادة توفر الهيدروجين الأخضر (المنتج من مصادر الطاقة المتجددة).

ختاما يمثل إنتاج الهيدروجين الأزرق حلاً واعدًا في رحلة التحول نحو اقتصاد خالٍ من الكربون. من خلال الجمع بين إنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري وتقنيات احتجاز الكربون وتخزينه (CCS)، يمكننا تقليل الانبعاثات الكربونية بشكل كبير مقارنة بإنتاج الهيدروجين الرمادي. وهذا يجعله جسرًا مهمًا نحو تحقيق أهدافنا المناخية على المدى القصير والمتوسط، خاصة في القطاعات التي يصعب فيها إزالة الكربون بشكل مباشر.

فيديو .. الهيدروجين الأزرق بات أكثر قدرة على المنافسة