منذ أن تم تشغيل محرك الاحتراق الأول بواسطة الهيدروجين قبل 200 عام ، جذبت تكنولوجيا الهيدروجين انتباه الناس في جميع أنحاء العالم. الهدف من تقنية الهيدروجين هو إنشاء واستخدام الهيدروجين كمصدر نظيف ومتجدد للطاقة يمكن استخدامه لتشغيل السيارات والمنازل ومجموعة متنوعة من الأغراض التجارية الأخرى.
الهيدروجين فريد من نوعه في قدرته على أن يكون وقودًا خفيف الوزن وغني بالطاقة مع عدم وجود انبعاثات مباشرة للملوثات مثل غازات الاحتباس الحراري. إنه مهم لأنه من المتوقع أن يجعل العالم أقل اعتمادًا على الوقود الأحفوري ويقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في نفس الوقت.
في المستقبل القريب ، من المحتمل أن يتم تصنيع الهيدروجين من مجموعة متنوعة من مصادر الطاقة ، وتخزينه ، ونقله إلى حيث هو مطلوب ، ثم يتحول بشكل نظيف إلى حرارة وكهرباء ، مما يجعله المصدر الرئيسي للطاقة في العالم.
جدول المحتويات
الوضع الحالي لتكنولوجيا طاقة الهيدروجين
التطورات التكنولوجية الحديثة في طاقة الهيدروجين
مستقبل تكنولوجيا الطاقة الهيدروجينية
طاقة الهيدروجين: الإمكانات والتحديات
الوضع الحالي لتكنولوجيا طاقة الهيدروجين
الهيدروجين هو ناقل طاقة متعدد الاستخدامات يمكن استخدامه لتقليل انبعاثات الكربون في العديد من المجالات المختلفة ، مثل النقل والمواد الكيميائية والمعادن والمباني وتوليد الطاقة. كان يُعتقد في السابق أن هذه القطاعات صعبة من حيث تقليل الانبعاثات.
وكالة الطاقة الدولية (IEA) يقول أن الهيدروجين يستخدم في الغالب في الصناعات الكيماوية والبتروكيماوية. على سبيل المثال ، يتم استخدامه لتكرير النفط وتصنيع الأمونيا والميثانول. كما أنها تستخدم في معالجة المعادن وإنتاج الأغذية. وكالة الطاقة الدولية أخرى تقرير ينص على أن الهيدروجين يستخدم أيضًا كوقود في استكشاف الفضاء وكسابق للأكسجين في المعالجة الحرارية للمعادن.
فيما يلي عدد قليل من حالات استخدام تطبيقات طاقة الهيدروجين التي هي حاليًا في مرحلة الإنتاج الضخم أو تحرز تقدمًا كبيرًا أو اختراقات.
- لوجستيات المستودعات: خلايا وقود الهيدروجين يمكن أن تشغل الشاحنات والرافعات الشوكية ورافعات البليت ومركبات المصانع الداخلية الأخرى التي تتطلب إعادة التزود بالوقود بسرعة وأوقات تشغيل طويلة.
- سلسلة التوريد العالمية: يمكن أن تمنح طاقة الهيدروجين شاحنات المسافات الطويلة ومركبات التوصيل المحلية النطاق والقوة التي تحتاجها مع تقليل انبعاثات الكربون والتلوث الضوضائي.
- إنتاج الزجاج: يستخدم الهيدروجين لإذابة المواد الخام مثل رمال السيليكا في درجات حرارة عالية ، لتحل محل الغاز الطبيعي وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
- إنتاج الإلكترونيات: يستخدم الهيدروجين كـ "غاز ناقل" لوضع طبقات رقيقة من المواد على رقائق السيليكون ، مما يسمح بتصنيع الخلايا الشمسية والرقائق الدقيقة.
المحللون الكهربائيون عبارة عن أجهزة تستخدم الكهرباء لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يمكن أن توفر هذه الأجهزة مرونة أفضل في السوق ، حيث يمكنها إنتاج الهيدروجين عند وجود فائض من الكهرباء المتجددة واستخدام الهيدروجين لتوليد الكهرباء عندما يكون هناك نقص في الكهرباء المتجددة. يمكن للمحللات الكهربائية أيضًا إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي. يمكن استخدامه في تطبيقات صناعية مختلفة أو بيعه في السوق.
خلافا لغيرها مصادر الطاقة المتجددةيمكن أن يصنع الهيدروجين من أنواع مختلفة من الوقود ويسهل نقله بأشكال مختلفة. يمكن بعد ذلك تحويلها إلى كهرباء. لكن الهيدروجين ينتج حاليًا بشكل أساسي من الوقود الأحفوري. لذلك ، انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من التطبيقات الحالية لطاقة الهيدروجين حساب لأكثر من 900 طن متري في السنة.
يعتبر الهيدروجين مصدرًا نظيفًا للطاقة إذا كان مصنوعًا من مصادر منخفضة الكربون مثل الطاقة المتجددة أو الطاقة النووية أو الوقود الأحفوري مع احتجاز الكربون وتخزينه (CCS). الطريقة الوحيدة لتقليل انبعاثات الكربون هي التحول إلى طرق إنتاج الهيدروجين الأنظف.
اليوم، الاستثمارات في تكنولوجيا الهيدروجين والحكومة الدعم ترتفع. يوجد لدى أكثر من 30 دولة خرائط طريق للهيدروجين ، وتم الإعلان عن 228 مشروع هيدروجين واسع النطاق عبر سلسلة القيمة ، تصل قيمتها إلى أكثر من 300 مليار دولار في الإنفاق حتى عام 2030.
التطورات التكنولوجية الحديثة في طاقة الهيدروجين
ترتبط العديد من الاختراقات والابتكارات الحديثة بتقنية طاقة الهيدروجين. ومن أبرزها:
- تركز وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) على تطوير تقنيات يمكنها إنتاج الهيدروجين بسعر 2 دولار أمريكي لكل كيلوغرام بحلول عام 2025 وبسعر 1 دولار أمريكي لكل كيلوغرام بحلول عام 2030 من خلال صافي انبعاثات الكربون. مسارات.
- الباحثين في كلية شوليتش للهندسة بجامعة كالجاري ، طورت نوعًا جديدًا من خلايا الوقود التي يمكنها استخدام الميثان أو أنواع الوقود الهيدروكربونية الأخرى بشكل مباشر لتوليد الكهرباء بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة. هذه التكنولوجيا المبتكرة للطاقة الهيدروجينية تلغي الحاجة إلى عمليات إصلاح مكلفة ومعقدة.
- الهيدروجين الأخضر ثورة يتسارع بفضل التقنيات الجديدة مثل التحليل الكهربائي وخلايا الوقود وتخزين الهيدروجين ومزج الهيدروجين. الهيدروجين الأخضر هو الهيدروجين المنتج من مصادر الطاقة المتجددة ، مثل الرياح والطاقة الشمسية.
- تمتلك جامعة واترلو المتقدمة نوع جديد من خلايا الوقود يمكن أن يدوم عشر مرات أطول من الخلايا الموجودة. تستخدم خلية الوقود طبقة رقيقة من البلاتين والكربون لتقليل التدهور وزيادة المتانة. هذا الابتكار لديه القدرة على تقليل تكلفة مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية (FCVs) وجعلها أكثر قدرة على المنافسة مع المركبات التقليدية.
مستقبل تكنولوجيا الطاقة الهيدروجينية
لا يمكن إيقاف زخم تكنولوجيا الطاقة الهيدروجينية باعتبارها المصدر الأكثر موثوقية للطاقة في المستقبل. يمكن أن تلعب دورًا رئيسيًا في الطاقة النظيفة من خلال توفير مصدر طاقة مرن ومنخفض الكربون لمختلف القطاعات.
يمكن لتكنولوجيا الطاقة الهيدروجينية أن تجعل من الممكن صنع واستخدام الكهرباء من مصادر متجددة على نطاق واسع مع تقليل انبعاثات الكربون. لكن زيادة الإنتاج والبنية التحتية والتجارة واستخدام الهيدروجين تأتي مع بعض التحديات.
طاقة الهيدروجين: الإمكانات والتحديات
تعد التكلفة العالية للتقدم التكنولوجي لإنتاج الهيدروجين ونقله وتخزينه واستخدامه أحد تحديات تكنولوجيا طاقة الهيدروجين. التحدي الآخر هو جذب المزيد من الاستثمار لمشاريع الهيدروجين وتعزيز التنسيق بين مختلف أصحاب المصلحة في سلاسل قيمة الهيدروجين.
يمكن حل هذه المشكلات بجعل البحث والتطوير أفضل ، وخفض تكلفة رأس المال ، وجعل الهيدروجين أكثر قيمة. يجب علينا أيضًا تطوير سياسات وأنظمة داعمة ، فضلاً عن تشجيع التعاون والتواصل بين مختلف الجهات الفاعلة.
من خلال التغلب على هذه التحديات ، يمكن أن تلعب تكنولوجيا الطاقة الهيدروجينية دورًا رئيسيًا في تحولات الطاقة النظيفة والمساهمة في أهداف المناخ العالمي ، مما يؤدي إلى "اقتصاد الهيدروجين".
