اقرأ في هذا المقال
- ما هي محطة توليد الطاقة الهيدروجينية؟
- كيف تعمل محطة توليد الطاقة الهيدروجينية؟
- كيف يتم الحصول على الهيدروجين؟
ما هي محطة توليد الطاقة الهيدروجينية؟
بكلمات بسيطة إن محطة توليد الطاقة الهيدروجينية هي عبارة عن منشأة تستخدم عنصر الهيدروجين لإنتاج الطاقة الكهربائية منه عن طريق مجموعة من التقنيات مثل: تقنية إصلاح البخار أو تقنية التحليل الكهربائي، وهي أيضاً عبارة عن تصميم مفهوم لمصدر جديد وواسع الانتشار للكهرباء، ونظراً لأهمية مثل هذه المحطات فإنه يقترح عادةً إنشاء مجموعة كبيرة من منشآت قد لا تختلف في بعض الأحيان عن محطات الطاقة النووية من حيث المظهر في بعض دول العالم، ولكن تكون تلك التكلفة التي ينطوي عليها الحصول على الطاقة من الهيدروجين أكبر من تكلفة الكهرباء الحالية التي تنتجها الطاقة النووية والبترولية.
كيف تعمل محطة توليد الطاقة الهيدروجينية؟
بشكل عام تغذي الخزانات الكبيرة جداً من الهيدروجين السائل الآلاف من خلايا وقود الهيدروجين، وتعد خلايا الوقود هذه هي عبارة عن هياكل صلبة وتحتوي على سائل إلكتروليت وطرفين مثل البطاريات (موجب وسالب)، ومن ثم تتدفق المواد المتفاعلة إلى الخلايا في هذه الحالة، وعادةً ما تكون هذه المواد المتفاعلة هي: الهيدروجين والأكسجين، وبعد ذلك تختلط المواد المتفاعلة هذه مع المنحل (المكان الذي توجد فيه الخلايا) بالكهرباء لإنتاج شحنة كهربائية وماء كمنتج ثانوي، ومن ثم يتدفق الماء من منفذ آخر بينما يتم سحب الكهرباء من المحطات ويتم الاحتفاظ بها في بطاريات عملاقة متعددة الأطنان.
وأخيراً تتواجد الكهرباء في البطاريات حتى يتم الاحتياج إليها، وفي هذه الحالة يتم إرسالها عبر شبكة الطاقة المحلية تماماً مثل أي نوع آخر من محطات الطاقة، ومن الناحية النظرية يمكن أن يكون هذا مصدراً شبه مثالي للطاقة لأنه لا يحتوي على منتجات ثانوية خطيرة، كما أنه موفر للوقود مثل متوسط محرك الاحتراق الداخلي.
كيف يتم الحصول على الهيدروجين؟
على الرغم من وفرة الهيدروجين على الأرض كعنصر إلا أنه قد يوجد دائماً كجزء من مركب آخر مثل: الماء أو الميثان، ولكن يجب فصل هذا الهيدروجين إلى هيدروجين نقي ليتم استخدامه في خلايا الوقود، ويتحد وقود الهيدروجين مع الأكسجين من الهواء عبر خلية وقود، مما قد ينتج الكهرباء والماء من خلال عملية كهروكيميائية.
ويمكن إنتاج الهيدروجين هذا من مصادر محلية متنوعة بما في ذلك الوقود الأحفوري والكتلة الحيوية والتحليل الكهربائي للمياه مع الكهرباء، ويعتمد التأثير البيئي وكفاءة الطاقة للهيدروجين على كيفية إنتاجه، ويوجد هناك عدة طرق لإنتاج الهيدروجين:
- تحويل الغاز الطبيعي (تحويل الهيدروجين إلى غاز): يتم إنشاء الغاز التخليقي وهو عبارة عن خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون عن طريق عملية تفاعل الغاز الطبيعي مع بخار يكون عالي الحرارة، حيث يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الماء لإنتاج هيدروجين إضافي، وتعد هذه الطريقة هي الأرخص والأكثر فعالية، وأيضا يمكن إنشاء الغاز التخليقي من خلال تفاعل الفحم أو الكتلة الحيوية مع البخار عالي الحرارة والأكسجين في جهاز تغويز يكون مضغوط والذي يتم تحويله إلى مكونات غازية.
- التحليل الكهربائي: هو عبارة عن تيار كهربائي يعمل على تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين، وإذا تم إنتاج الكهرباء من مصادر متجددة مثل: الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح فسيتم اعتبار الهيدروجين الناتج متجدداً وله العديد من فوائد الانبعاثات، كما بدأت مشاريع الطاقة إلى الهيدروجين في الانطلاق، حيث يتم استخدام الكهرباء المتجددة الزائدة عند توفرها لإنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي.
- إعادة تشكيل السوائل المتجددة: وهنا يتفاعل الوقود السائل المتجدد مثل: الإيثانول مع بخار عالي الحرارة لإنتاج الهيدروجين بالقرب من نقطة الاستخدام النهائي.
- التخمير: وهنا يتم تحويل الكتلة الحيوية إلى مواد أولية تكون عادةً غنية بالسكر ويمكن تخميرها لإنتاج الهيدروجين.
– ويوجد هناك عدد من طرق إنتاج الهيدروجين قيد التطوير، وهم كما يلي:
- طريقة تقسيم الماء بدرجة حرارة عالية: تؤدي عادةً درجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن المكثفات الشمسية أو المفاعلات النووية إلى تفاعلات كيميائية تؤدي إلى فصل الماء لإنتاج الهيدروجين.
- طريقة تقسيم الماء الضوئي البيولوجي: تستهلك الميكروبات مثل: الطحالب الخضراء الماء في وجود ضوء الشمس وتنتج الهيدروجين كمنتج ثانوي.
- طريقة تقسيم الماء الكهروكيميائي الضوئي: تنتج معظم الأنظمة الكهروكيميائية الهيدروجين من الماء باستخدام أشباه موصلات خاصة وطاقة من خلال ضوء الشمس.
وأخيراً يمكننا القول إنه يمكن إنتاج الهيدروجين من موارد مثل: الغاز الطبيعي والفحم والطاقة الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية لاستخدامه في بعض محطات توليد الطاقة الهيدروجينية، حيث يمكن الاستفادة من خلال إنتاج هذه الطاقة على سبيل المثال لتشغيل المركبات الكهربائية ذات خلايا الوقود عالية الكفاءة، لهذا فإن طاقة الهيدروجين تحمل دوراً كبيراً بالمساعدة في الحفاظ على البترول وتنويع خيارات طاقة النقل لدينا بالإضافة إلى أهميتها الكبيرة للبيئة.
