اقرأ في هذا المقال
بشكل عام من بين جميع العناصر الموجودة في هذا الكون يعتبر الهيدروجين العنصر الأكثر وفرة، حيث يتميز غاز الهيدروجين هذا بخصائص ملحوظة بما في ذلك أنه غاز عديم اللون والمذاق وغير مرئي، مما قد يتم السعي وراءه بشدة كبيرة، كما يمكن أيضاً تحويله إلى مصدر طاقة متجدد وغير ملوث وعديم الانبعاثات، ويعتبر الهيدروجين حجر أساسي لاقتصاد الطاقة الجديد، حيث بدأ السعي وراء طاقة الهيدروجين في السنوات الماضية للاستفادة منه كمصدر لتوليد الطاقة (الكهرباء) لاستخدامها في حياتنا اليومية.
ما هي طاقة الهيدروجين؟
هي عبارة عن طاقة نظيفة يتم استهلاكها عادةً في خلايا وقود، ويتم إنتاج الطاقة من الهيدروجين من خلال مجموعة متنوعة من الموارد المحلية مثل الكتلة الحيوية والطاقة النووية والغاز الطبيعي والطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية، وإن هذه الصفات تجعله خيار وقود جذاباً لتطبيقات النقل وتوليد الكهرباء، ويمكن استخدامه أيضاً في السيارات والمنازل والطاقة المحمولة والعديد من التطبيقات الأخرى.
متى تم اكتشاف طاقة الهيدروجين؟
قد بدأ السعي وراء طاقة الهيدروجين في عام 1776 من قبل العالم البريطاني هنري كافنديش، وحدد هذا العالم البريطاني الهيدروجين لأول مرة كعنصر مميز بعد أن طور غاز الهيدروجين عن طريق تعريض معدن الزنك لحمض الهيدروكلوريك، وأيضاً قد حقق هنري كافنديش اكتشافاً رائعاً آخر خلال عرض توضيحي أمام الجمعية الملكية في لندن عندما أدخل شرارة لغاز الهيدروجين، مما قد أدى إلى إنتاج الماء في هذه العملية.
وأدى هذا التطور التاريخي إلى استنتاجه أن الماء (H2O) قد يتكون من الهيدروجين والأكسجين، ومنذ ذلك الحين نمت تكنولوجيا الهيدروجين على قدم وساق، واليوم يتم استخدامها كمصدر للطاقة لتشغيل السيارات والأنظمة الكهربائية وإنتاج المياه النقية.
كيف يتم تحويل طاقة الهيدروجين إلى كهرباء؟
إن كيمياء الهيدروجين بسيطة للغاية فالذرة الواحدة تتكون من بروتون وإلكترون فقط، وعندما يكون في شكل غازي يمكن حرقه كوقود، وبعد ذلك يمكن تخزينها في خلايا طاقة تولد طاقة متفجرة لتدفع الصواريخ والسفن للفضاء على سبيل المثال، كما إنه متقلب وقابل للاشتعال وقوي للغاية، ولكن يعتبر غاز الهيدروجين وقوداً مكلفاً ومعقداً لصنعه؛ لأنه يجب فصله عن أي عنصر يرتبط به، وغالباً ما يتطلب إنتاج غاز الهيدروجين الكثير من الطاقة، مما يجعله مصدر طاقة مكلفاً، وتوجد عدة طرق لفصل الهيدروجين عن العناصر المصاحبة له.
وقبل أن ننظر في كيفية تحويل الهيدروجين إلى كهرباء سيكون من المفيد معرفة كيفية إنتاج الهيدروجين، حيث يتم إنتاج الهيدروجين باستخدام طريقتين رئيسيتين وهما: تنقية إصلاح البخار والتحليل الكهربائي (يشار إليه عادةً باسم فصل الماء):
- تنقية إصلاح البخار: تنتج هذه الطريقة الهيدروجين من خلال بعض الوقود الهيدروكربوني مثل الميثان والنفط والوقود السائل المتجدد والكتلة الحيوية الغازية والفحم الغازي والغاز الطبيعي، حيث قد يتم استخدام جهاز معالجة يسمى المصلح في عملية إنتاج الهيدروجين هذه، ويتفاعل جهاز الإصلاح هذا بين البخار والوقود الهيدروكربوني عند درجات حرارة عالية للغاية لتوليد الهيدروجين، واليوم يتم إنتاج أكثر من 90٪ من غاز الهيدروجين باستخدام تقنية إعادة التشكيل بالبخار.
- التحليل الكهربائي: وهي طريقة تستخدم التيار المباشر (DC) لتحريض التفاعل الكيميائي، وفي عملية إنتاج الهيدروجين يحلل التحليل الكهربائي الماء، ويتم تقسيمه إلى عنصريه الرئيسيين وهما الهيدروجين والأكسجين باستخدام التيار الكهربائي، كما يمكن اشتقاق الكهرباء المستخدمة في عملية التحليل الكهربائي من الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز الطبيعي والفحم أو الهيدروكربونات.
* والآن كيف يتم تحويل الهيدروجين إلى كهرباء:
قد تعتبر الطريقة الأكثر فعالية لتحويل الهيدروجين إلى أكسجين هي استخدام خلية وقود، حيث تقوم خلية الوقود هذه بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، كما قد تمكّن خلية الوقود الهيدروجين والأكسجين من الاندماج في تفاعل كهروكيميائي، والنتيجة هي إنتاج الكهرباء والماء والحرارة.
وتحاكي بعض خلايا الوقود –البطاريات؛ لأن كلاهما يحول الطاقة الناتجة عن التفاعل الكهروكيميائي إلى طاقة كهربائية مفيدة، ومع ذلك فإن خلية الوقود ستولد طاقة كهربائية طالما أن الوقود وخاصة الهيدروجين متاح.
كما تمثل أيضاً خلايا الوقود تقنية محتملة لاستخدام مصدر للكهرباء والحرارة، وأنها مصدر واعد للطاقة للسيارات الكهربائية والهجينة، حيث تعمل خلايا الوقود بشكل أفضل على الهيدروجين النقي، ومع ذلك يمكن إعادة تشكيل أنواع الوقود الأخرى مثل البنزين أو الميثانول أو الغاز الطبيعي لتوليد الهيدروجين اللازم لخلايا الوقود.
وأخيراً يمكننا القول أنه مع تقدم التكنولوجيا بسرعة يمكن أن يأتي الهيدروجين على قدم المساواة مع الكهرباء باعتباره ناقلاً حيوياً للطاقة، حيث أن جهاز ناقل الطاقة يعمل على نقل الطاقة إلى العميل في شكل جاهز للاستخدام.
