يهتم العديد من الباحثين في مجال الكيمياء بمعرفة كيفية إنتاج الهيدروجين وتخزينه واستخدامه كوقود للسيارات، وذلك نظراً لتعدد استخداماته. في هذا المقال، سنستعرض لكم أبرز المعلومات المتعلقة بالهيدروجين.
إنتاج الهيدروجين
تتوفر عدة طرق لإنتاج الهيدروجين، إليكم الخطوات الأساسية لذلك:
1- التحويل من الغاز الطبيعي
الغاز الطبيعي يتكون من خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون مع نسبة من ثاني أكسيد الكربون. يتم تفاعل الغاز الطبيعي مع بخار الماء الساخن، حيث يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الماء لإنتاج الهيدروجين. تُعتبر هذه الطريقة واحدة من الأكثر شيوعًا وفعالية من حيث التكلفة.
اطلع أيضًا على:
2- التحليل الكهربائي
تعني هذه العملية استخدام الكهرباء لتفكيك الماء إلى هيدروجين وأكسجين. إذا تم توليد الكهرباء من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، فيعتبر الهيدروجين الناتج متجددًا أيضًا.
3- إعادة تشكيل السوائل الحيوية والعمليات التخميرية
تشمل هذه الخطوة تفاعل وقود سائل متجدد مثل الإيثانول مع بخار الماء عند درجات حرارة مرتفعة لإنتاج الهيدروجين قريبًا من نقاط الاستخدام النهائية. وفي عملية التخمير، يتم تحويل الكتلة الحيوية إلى مواد أولية غنية بالسكر يمكن تخميرها لإنتاج الهيدروجين.
طرق شحن الهيدروجين
توجد عدة طرق لشحن الهيدروجين، نوردها كالتالي:
- خط الأنابيب: تُعتبر هذه الطريقة الأكثر استخداماً نظرًا لخفض تكلفتها، ولكن يوجد حاليًا 1600 ميل فقط من خطوط الأنابيب الأمريكية المرتبطة بنقل الهيدروجين، والتي تقع غالبًا بالقرب من المصافي النفطية.
- مقطورات الأنبوبة ذات الضغط العالي: تعتبر هذه الطريقة مكلفة، حيث يتم نقل الهيدروجين المضغوط عبر شاحنة أو قطار أو سفينة. تُستخدم خصوصًا لنقل الهيدروجين لمسافات تصل إلى 200 ميل.
- خزانات الهيدروجين المسال: يتم تبريد الهيدروجين لدرجة حرارة معينة حتى يصبح سائلًا. وعلى الرغم من كونها عملية مكلفة، إلا أنها تتميز بإمكانية نقل كميات كبيرة من الهيدروجين بكفاءة.
اطلع أيضًا على:
استخدام الهيدروجين كوقود للسيارات
الهيدروجين له تطبيقات متنوعة كوقود، ونستعرض فيما يلي بعض منها:
- يستخدم في محركات الاحتراق الداخلي حيث يتم احتراق الهيدروجين مع الأكسجين في الهواء ما ينتج عنه طاقة وماء.
- يستخدم في خلايا الوقود من خلال تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين داخل الخلية، مما ينتج طاقة كهربائية وماء، تُستخدم الطاقة الناتجة لتشغيل محرك السيارة.
- يتم استخدامه أيضًا في المحركات الفضائية والصواريخ كوقود من خلال دمجه مع أكسجين سائل، منتجًا مقدار كبير من الطاقة والماء.
مزايا استخدام الهيدروجين كوقود
يمكن استغلال فوائد الهيدروجين في العديد من المجالات، ونلخصها فيما يلي:
- يتواجد بكثرة في البيئة ويمكن استخراجه بسهولة من الماء أو الغاز الطبيعي أو الكتلة الحيوية.
- لا يُنتج انبعاثات ضارة بالبيئة أو الهواء الخارجي.
- يمتاز بكثافة عالية ويمكن توليد طاقة تفوق تلك الناتجة عن الوقود الأحفوري.
- يتميز بسرعة الشحن ويمنح نفس المرونة والمدى الذي توفره السيارات التقليدية.
اطلع أيضًا على:
استغلال الهيدروجين بشكل مثالي
يمكن استغلال الهيدروجين اعتمادًا على عوامل متعددة مثل مصدره وطرق إنتاجه. ومن الأمثلة على كيفية استغلاله:
- يتم استخدامه في وسائل النقل العامة والخاصة، حيث يتم استخدامه في خلايا الوقود لتعزيز الفوائد البيئية وتقليل الانبعاثات.
- يمكن استخدامه لتوليد الطاقة الكهربائية والحرارة، حيث يمكن أن يحل محل الوقود الأحفوري في محطات الطاقة أو في شبكات الغاز الطبيعي.
- يُستخدم في تخزين الطاقة المتجددة.
- يتم الاستفادة منه في الصناعة والزراعة، حيث يعد مادة خام أو وقود أو عامل مساعد في عمليات تكرير النفط وإنتاج الأسمدة والمعادن والكيماويات والأغذية.
يمتلك عنصر الهيدروجين أهمية كبيرة في حياتنا، وقد ناقشنا في هذا المقال المعلومات الهامة حول كيفية إنتاجه، واستخدامه كوقود للسيارات، وسبل استغلاله المختلفة.
