يعد الهيدروجين الأخضر أحد الوعود العظيمة لتحول الطاقة، لأنه يوفر طريقة لتخزين واستخدام الطاقة دون انبعاثات الكربون. ويتم إنتاج هذا النوع من الهيدروجين من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي للمياه، الذي يفصل الهيدروجين والأكسجين باستخدام الكهرباء المولدة من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. على الرغم من فوائده، يواجه الهيدروجين الأخضر سلسلة من التحديات التي يجب أن نكون على دراية بها لتقييم إمكاناته كبديل حقيقي له الوقود الأحفوري.
في هذه المقالة، نستكشف القضايا الرئيسية التي تؤثر على تطوير الهيدروجين الأخضر، إلى جانب ميزاته ومزاياه وعيوبه، للحصول على رؤية كاملة لما تقدمه هذه التكنولوجيا حقًا.
إنتاج الهيدروجين الأخضر
لا يوجد الهيدروجين عادة في عزلة في الطبيعة، ولكنه عادة ما يرتبط بجزيئات أخرى، مثل الماء. في التحليل الكهربائي، نستخدم تيارًا كهربائيًا لتكسير جزيئات الماء (H2O) إلى هيدروجين (H2) والأكسجين (O2). ولا تكون هذه العملية مستدامة إلا إذا كانت الكهرباء المستخدمة تأتي من مصادر نظيفة، مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. ومن هنا يسمى الهيدروجين الناتج عن هذه التقنية الهيدروجين الأخضر.
وفي المقابل، فإن معظم الهيدروجين المنتج اليوم يأتي من الوقود الأحفوريمثل الغاز الطبيعي أو النفط. ويستخدم هذا النوع، المعروف بالهيدروجين الرمادي، على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية ومصافي التكرير. ومع ذلك، فإن إنتاجه يولد كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO2) مما يجعلها غير مستدامة من الناحية البيئية.
على الرغم من التقدم الكبير الذي تم إحرازه في إنتاج الهيدروجين الأخضر، إلا أنه لا يزال تقنية جديدة نسبيًا وبعيدًا عن أن يكون قابلاً للتطوير. في العالم، لا يزال 99% من الهيدروجين المستخدم يأتي من المواد الخام الأحفورية، مما يؤدي إلى انبعاثات عالمية سنوية تبلغ 900 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون.2.
تخزين الطاقة
ومن أهم خصائص الهيدروجين الأخضر هو قدرته على ذلك تخزين الطاقة. الطاقات المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إشارات الانعطافمما يعني أنها في بعض الأحيان تولد طاقة أكثر مما يمكن استهلاكها وفي أحيان أخرى لا تولد ما يكفي.
يمكن للهيدروجين حل هذه المشكلة من خلال العمل كمراكم. عندما يكون هناك فائض من الكهرباء المتجددة، يمكن استخدامه لإنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي. وبعد ذلك، يمكن استخدام هذا الهيدروجين كوقود في المحركات والآلات أو حتى كمادة خام في العمليات الصناعية. وبهذه الطريقة، يمكن للهيدروجين الأخضر أن يساعد في تخزين فائض الطاقة المتجددة واستخدامها عندما تكون الموارد المتجددة نادرة.
بالإضافة إلى عمله كمخزن للطاقة، فإن الهيدروجين الأخضر لا ينتج انبعاثات غازات الدفيئة عند استخدامه، مما يجعله عنصرًا أساسيًا في البيئة. إزالة الكربون في قطاعات الصناعة والنقل والطاقة.
مشاكل الهيدروجين الأخضر
العيب الرئيسي للهيدروجين الأخضر هو ارتفاع تكلفة الإنتاج. وعلى الرغم من أن الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون، إلا أن عملية الحصول عليه من الماء مكلفة بسبب استهلاك الطاقة التي يتطلبها التحليل الكهربائي. وحتى مع توليد الكهرباء من مصادر متجددة، تظل التكلفة مرتفعة.
المشكلة الأخرى التي يواجهها الهيدروجين الأخضر هي كفاءة منخفضة في استخدام الطاقة طرق الإنتاج والنقل الحالية. ووفقا للدراسات، يتم فقدان ما يقرب من 80٪ من الطاقة المستخدمة في عملية إنتاج الهيدروجين الأخضر. ويمثل عدم كفاءة استخدام الطاقة هذا عائقًا كبيرًا أمام اعتماده على نطاق واسع.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن نقل وتخزين الهيدروجين معقد أيضًا. هذا الغاز لديه كثافة طاقة منخفضة مقارنة بأنواع الوقود الأخرى، مما يعني أن تخزين ونقل نفس الكمية من الطاقة يتطلب خزانات وخطوط أنابيب أكبر بكثير. كما أنه شديد الاشتعال، مما يزيد من مخاطر السلامة.
التحدي المهم الآخر هو خطر يهرب. جزيئات الهيدروجين صغيرة للغاية، أصغر بكثير من تلك الموجودة في الميثان أو الغاز الطبيعي، مما يزيد من صعوبة احتوائها. إذا تسرب الهيدروجين إلى الغلاف الجوي، فإنه يمكن أن يؤثر على المناخ بطريقة مماثلة للغازات الدفيئة، كما يمكن أن يؤثر على مستويات الميثان والمركبات الجوية الأخرى.
كم يكلف إنتاج الهيدروجين؟
واحدة من أبرز العوائق أمام التوسع في الهيدروجين الأخضر هي تكلفته. تشير دراسة حديثة إلى أن إنتاج الهيدروجين الأخضر من خلال التحليل الكهربائي يمكن أن يكون مربحًا بمبلغ 3,23 يورو للكيلوغرام الواحد إذا تم استخدام مصادر الطاقة المتجددة. تشير بعض التوقعات المتفائلة إلى أنه في غضون سنوات قليلة يمكن تخفيض التكاليف إلى 2,5 يورو للكيلوغرام الواحد.
ومع ذلك، تعتمد هذه الأرقام إلى حد كبير على عدة عوامل، مثل سعر الكهرباء وتكلفة المحلل الكهربائي، والتي لا تزال كبيرة حتى الآن. في الوقت الحالي، يعد إنتاج الهيدروجين الأخضر أكثر تكلفة بكثير من إنتاج الهيدروجين الرمادي أو الأزرق، مما يدفع العديد من الصناعات إلى الاستمرار في اختيار هذه البدائل.
El الهيدروجين الرمادي وهو الأكثر شيوعًا والأرخص، لكن إنتاجه ينطوي على حرق الوقود الأحفوري، مما يجعله خيارًا غير مستدام بيئيًا. ومن ناحية أخرى فإن الهيدروجين الأزرق، والذي يتم الحصول عليه من الغاز الطبيعي ولكنه يلتقط ويخزن ثاني أكسيد الكربون2 فهو خيار يقلل الانبعاثات، على الرغم من أنه لا يزال أقل استدامة من الهيدروجين الأخضر.
ميزة
الهيدروجين الأخضر لديه عدة ميزة المفتاح الذي يجعله بديلاً جذابًا للغاية لإزالة الكربون من القطاعات التي يصعب كهربتها:
- تخفيض الانبعاثات: إنتاجها واستخدامها لا تنبعث منها غازات ملوثة أو دفيئة. وهو وقود نظيف تمامًا عند الحصول عليه من خلال الطاقة المتجددة.
- تخزين الطاقة: يعمل كحل لتخزين الطاقة الزائدة من المصادر المتجددة وإطلاقها عندما يتطلبها الطلب، مما يؤدي إلى توسيع قدرة مصادر الطاقة المتجددة.
- تطبيقات واسعة: يعمل كوقود في وسائل النقل وكوسيط في توليد الطاقة وكمادة خام في الصناعة الكيميائية.
- إزالة الكربون من القطاعات الصناعية: تعتمد قطاعات مثل النقل الجوي والنقل البحري والصناعات الثقيلة على أنواع الوقود ذات كثافة الطاقة العالية التي لا يمكن أن يقدمها إلا الهيدروجين.
عيوب
وعلى الرغم من مزايا الهيدروجين الأخضر، إلا أنه يجب علينا أيضًا أن نأخذ في الاعتبار عيوب هذا يظهر:
- ارتفاع تكلفة الإنتاج: تظل عملية التحليل الكهربائي باهظة الثمن، خاصة بالمقارنة مع الهيدروجين الرمادي.
- صعوبة النقل والتخزين: يتطلب الهيدروجين بنية تحتية محددة ليتم تخزينه ونقله بأمان، مما يضيف تكاليف إضافية.
- أخطار أمنية: الهيدروجين شديد الاشتعال ويمكن أن يشكل نقله مخاطر إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح.
- كفاءة منخفضة في استخدام الطاقة: يتم فقدان جزء كبير من الطاقة المستثمرة في إنتاج الهيدروجين الأخضر في عمليات الإنتاج والنقل.
باختصار، يمثل الهيدروجين الأخضر أحد أكثر التقنيات الواعدة للتحول في مجال الطاقة وإزالة الكربون من القطاعات التي ليس لديها بديل واضح من خلال الكهربة المباشرة. إلا أن نجاحها سيعتمد إلى حد كبير على خفض تكلفة إنتاجها وتحسين كفاءتها وتطوير البنية التحتية اللازمة لتخزينها ونقلها.