من القطارات الألمانية إلى الحافلات الكورية الجنوبية ، يعود وقود الهيدروجين إلى صورة الطاقة

من القطارات الألمانية إلى الحافلات الكورية الجنوبية ، يعود وقود الهيدروجين إلى صورة الطاقة

ومع انخفاض أسعار الطاقة المتجددة وتقنيات التخزين ، ينبعث وقود الهيدروجين الانتباه الجديد.

كان Jorgo Chatzimarkakis يزود بالوقود سيارة خلية وقود هيدروجين في واحد من محطات التزود بالوقود 50-plus متناثرة في جميع أنحاء ألمانيا عندما اقترب سائق تسلا ، الذي كان يشحن سيارته الخاصة.

كان الرجل متحمسًا لرؤية سيارة تعمل بالهيدروجين أثناء العمل ، وكانت مليئة بالأسئلة. Chatzimarkakis ، وهو أمين عام الهيدروجين أوروبا، كان سعيدًا بالإجابة عليها ، وتحدث الإثنان لعدة دقائق.

ولكن بحلول ذلك الوقت ، تم تزويد سيارة الهيدروجين بالوقود بالكامل ، في حين أن سائق تسلا لا يزال في انتظار طويل انتظارًا لإعادة شحن البطارية.

"هذه حقيقة ،" يقول شاتزيماركاكيس. "في الوقت الحاضر محطات الوقود جاهزة ، السيارة جاهزة ، يمكنني التخطيط لرحلتي من سويسرا إلى الدنمارك والنرويج دون أي مشاكل."

كانت رؤية العالم الذي تغذيه الهيدروجين أكثر قربا من ذئب البراري انصب E.. في 1923 ، تخيل عالم الوراثة البريطاني JBS Haldane شبكة من طواحين الهواء المولدة للهيدروجين تمد بريطانيا ، لكن لم يحدث شيء منها. في 1970 ، استخدم جون بوكريس المولع بالكهرباء في جنوب أفريقيا لأول مرة مصطلح "اقتصاد الهيدروجين" في خطاب ، ثم نشر فيما بعد كتاب يصف ما قد يبدو عليه العالم الذي يعمل بالطاقة الشمسية الهيدروجين. لكن مرة أخرى ، لم يتغير شيء. في 2002 ، جادل النظري الاقتصادي والاجتماعي الأمريكي جيريمي ريفكين بأن الهيدروجين يمكن أن يتولى السيطرة على النفط وأن مستقبل الطاقة يكمن في خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين.

لكن الصناعة لم تكن جاهزة ، يقول شاتزيماركاكيس. ويقول: "كان الأمر حقيقياً جداً ، ما قاله جيريمي ريفكين ، لكن السياسيين والصحفيين ، يريدون دائماً أن يروا الدليل". "وفي ذلك الوقت كان بعيدًا جدًا عن إدراكنا لأن البحث لم يكن متقدمًا بما فيه الكفاية".

الهيدروجين يأتي من العمر

ربما ، أخيرا ، لقد وصلت لحظة الهيدروجين.

تخطط اليابان لاستخدام ألعاب 2020 Tokyo الأوليمبية لعرض منتجاتها رؤية لمجتمع الهيدروجين وقد استثمرت مليون دولار أمريكي 348 في إنشاء محطات للتزود بالوقود بالهيدروجين وبُنى تحتية أخرى. أطلقت ألمانيا الأولى في العالم القطارات التي تعمل بالطاقة الهيدروجينية لتكملة عدد متزايد من محطات التزود بالوقود الهيدروجين عبر الدوله. سويسرا هي شراء شاحنات تعمل بالطاقة الهيدروجينية من 1,000، وقد النرويج محطات التزود بالوقود الهيدروجين منذ 2006 ، وكوريا الجنوبية استثمار مبلغ 2.33 مليار دولار أمريكي على مدار السنوات الخمس المقبلة لإنشاء محطات للتزود بالوقود الهيدروجين ، ووحدات خلايا الوقود ، وحافلات خلايا الوقود وأنظمة تخزين الهيدروجين. وقد شهدت أستراليا كل من وكالة العلوم الوطنية CSIRO . كبير العلماء آلان فينكل بشكل منفصل عن رؤيتهم لأمة تعمل بالطاقة الهيدروجينية وصناعة التصدير.


الحصول على أحدث من InnerSelf


بدأت شركة Coradia iLint في توفير النقل الجماعي بالوقود الهيدروجيني في ألمانيا في 2018. (عاد وقود الهيدروجين إلى صورة الطاقة)
بدأت شركة Coradia iLint في توفير النقل الجماعي بالوقود الهيدروجيني في ألمانيا في 2018.
الصورة مجاملة من Alstom | آر فرامبي

في قلب اقتصاد الهيدروجين ، يتم استخدام الكهرباء من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية لتقسيم المياه إلى أكسجين وهيدروجين - وهي عملية تسمى التحليل الكهربائي. يمكن استخدام "الهيدروجين الأخضر" بعد ذلك في خلايا الوقود لتوليد الكهرباء ، ويمكن استخدام خلايا الوقود بشكل فردي لدفع المركبات أو في المداخن لدعم أو حتى تشغيل شبكة. وأفضل ما في الأمر هو أن العادم الذي تولده خلايا وقود الهيدروجين هو الماء ، الذي قد يتم استعادته في يوم ما وإعادة تدويره من أجل التحليل الكهربائي مرة أخرى.

الاقتصاد والمناخ

إذن ما الذي تغير ليصبح الهيدروجين في مقدمة خطط الطاقة العالمية؟ جيني هيوارد ، باحثة أولى في CSIRO وشاركت في تأليف كتابها 2018 خارطة طريق الهيدروجين الوطنيةيقول أن اقتصاديات أكثر مواتاة لعبت دورا هاما.

يقول هايوارد: "لقد انخفضت تكاليف الإنتاج ، ولكنك أيضًا حصلت على الاستفادة من التكلفة". لم ينخفض ​​سعر الكهرباء من الطاقة الشمسية الضوئية والرياح بشكل كبير فحسب ، بل أصبحت تكنولوجيات الإلكترودر أرخص وأوسع نطاقاً وأكثر كفاءة. وفي الوقت نفسه ، تتحسن خلايا وقود الهيدروجين أيضًا من حيث الكفاءة والتكلفة ، كما تقول.

انقر لرؤية الرسوم البيانية لوزارة الطاقة الأمريكية حول الوقود الهيدروجيني. (عاد وقود الهيدروجين إلى صورة رسومية عن الطاقة)
انقر لرؤية الرسوم البيانية لوزارة الطاقة الأمريكية حول الوقود الهيدروجيني.

وهناك عامل رئيسي آخر يتمثل في الإلحاح المتزايد لخفض كبير في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، كما يقول جون أندروز ، خبير الطاقة المستدامة وأستاذ في جامعة RMIT في ملبورن ، أستراليا.

يقول أندروز: "من المهم للغاية الحفاظ على إدخالها مرتبطًا بكونها جزءًا من حل معالجة التغير المناخي". "إنها ليست مجرد مسألة الحصول على وقود بديل. إنها مسألة الحصول على نظام وقود وطاقة بدون انبعاثات. "

لم يكن العمل على تطوير الهيدروجين كوقود سهلاً. على الرغم من البحث الذي دام قرنًا من الزمن عن اقتصاد الهيدروجين ، فقد كانت هناك بعض التحديات التكنولوجية الهامة التي يجب التغلب عليها للوصول إلى هذه النقطة - وما زالت هذه الأيام مبكرة.

حل مشكلة التخزين

كانت هناك قضية رئيسية في استخدام الهيدروجين للنقل تخزين. في الآونة الأخيرة فقط أصبح من الممكن ضغط الهيدروجين في حاوية صغيرة بما يكفي وخفيفة الوزن بما يكفي لتلائم مؤخرة سيارة ركاب ، في حين لا تزال تحتوى على طاقة كافية لتزويد تلك السيارة بميل 300 على الأقل.

"كان يعتقد دائما أنه سيكون من الصعب جدا الحصول على تخزين الهيدروجين التي يمكن أن تهزم أهداف وزارة الطاقة الأمريكية للاستخدام مع سيارات خلايا وقود الهيدروجين ،" يقول أندروز. ثم جاء تطور خزان الهيدروجين عالي الضغط مصنوعة من المركبات المتقدمة ، والتي كانت قادرة على تلبية وتتجاوز حتى المتطلبات.

لقد كان تخزين الوقود يشكل تحديًا كبيرًا للنقل باستخدام الهيدروجين. (عاد وقود الهيدروجين إلى صورة الطاقة)
لقد كان تخزين الوقود يشكل تحديًا كبيرًا للنقل باستخدام الهيدروجين. أدت التحسينات الأخيرة إلى توسيع نطاق سيارات الركاب إلى أكثر من 300 miles لكل تعبئة.
صورة © iStockphoto.com/Tramino

"أعتقد أن هذا جعل الناس يجلسون ويقولون نعم ، من الممكن أن يكون هناك شكل من أشكال التخزين التي يمكن استخدامها لحمل الهيدروجين على متن مركبة وإعطاء مجموعة مماثلة مع السيارات التقليدية ولديك وقت إعادة التعبئة - وهذا أمر بالغ الأهمية ويضيف: "من خلال ميزة الهيدروجين - بضع دقائق فقط".

تتطابق الآن المركبات التي تعمل بخلايا الوقود الهيدروجينية أو تتجاوز حتى نطاق المركبات التقليدية للبنزين أو الديزل ؛ تدعي تويوتا أن لديها ميراي يحصل حول 312 من الأميال من خزان الهيدروجين. وهذا يجعلها فرصة أكثر جاذبية للسفر لمسافات طويلة من سيارة تعمل بالطاقة الكهربائية.

كما يجعلها خيارا قابلا للتطبيق لمزيد من السيارات التي تعمل بجد ، ويقول ليزا روف ، منسق هيدروجين التنقل أوروبا ومستشار رئيسي في Element Energy في المملكة المتحدة.

"في عمليات الشاحنات ، لسيارات الأجرة ، لخدمات الاستجابة للطوارئ ، يجب أن يكون لديك المدى وزمن التزود بالوقود الذي يشبه المركبات التقليدية" ، كما تقول ، مستشهدة بحالة شرطة لندن الكبرىالتي حصلت هذا العام على سيارات خلايا وقود الهيدروجين 11.

تغذية الشبكة

كما يجري استكشاف الهيدروجين كطريقة للمساعدة في الحفاظ على استقرار شبكة الطاقة المتجددة بالطاقة ، وفقا لما ذكره مورى ماركويتز رئيس شركة خلية الوقود ورابطة الطاقة الهيدروجينية في الولايات المتحدة

ويقول: "بما أن الشمس لا تشرق طوال الوقت ولا تهب الرياح ، فإن الطاقة المتجددة لديها مشكلة متقطعة ، لذا عليك أن تكون قادراً على إيجاد طريقة لتخزين الإلكترونات التي يتم إنشاؤها بطريقة فعالة". يمكن استخدام الكهرباء الزائدة لتوليد الطاقة الكهربائية وتوليد الهيدروجين الذي يمكن استخدامه في مركبات خلايا الوقود أو خلايا الوقود الثابتة أو تخزينها لأغراض النقل.

هذا السيناريو جذاب بشكل خاص للمناطق النائية ، مثل المدن النائية في أستراليا التي تعتمد على مولدات تعمل بالديزل. ويقول هايوارد: إن تشغيل المدن باستخدام مزيج من مصادر الطاقة المتجددة وتخزين الهيدروجين يمكن أن يصبح في وقت قريب فعالا من حيث التكلفة ، خاصة مع ارتفاع أسعار الديزل.

كما أن شركات الغاز تتطلع إلى الهيدروجين كبديل محتمل للغاز الطبيعي ، الذي يمكن أن يستخدم البنية التحتية الموجودة. ثم إنهم لا يعتمدون على الشاحنات التي تأتي بالديزل ، بل يحتاجون فقط إلى مصادر الطاقة المتجددة الخاصة بهم. "يمكن أن يكون لديهم نظام يحصلون فيه على خلية وقود ويقومون باستعادة الماء ، لذا فهو نظام قائم بذاته".

كما أن شركات الغاز تتطلع إلى الهيدروجين كبديل محتمل للغاز الطبيعي ، والذي يمكن أن يستخدم البنية التحتية الحالية.

يقول هايوارد: "بشكل خاص إذا كنا سنذهب إلى أهداف خفض انبعاثات عالية ، فسيكون لديهم كل هذه البنية التحتية للغاز الموجودة هناك والتي لا يتم استخدامها". "ما هو مثير للاهتمام في شبكات توزيع الغاز ، إذا كانت مصنوعة من أنابيب PVC يمكن أن يكون لديك الهيدروجين 100 في المئة ، على الرغم من أن الأجهزة والأمتار سيتعين تغييرها."

تأثير هيندنبورغ

من المستحيل أن نتحدث عن الهيدروجين دون معالجة المنطاد في الغرفة ، وهو ما يسميه ماركويتز "تأثير هيندنبورغ". إن الجحيم المثير للهيدروجين المدعوم الذي كان كارثة هيندينبرج الهوائية في نيو جيرسي في 1937 لا يزال يطارد صناعة الهيدروجين ، ومسألة تثير مخاوف هشاشة الهيدروجين والسلامة حتمًا في المناقشات حول اقتصاد الهيدروجين.

لكن ماركوويتز يقول إن تكنولوجيا الهيدروجين اليوم متقدمة للغاية من تكنولوجيا الهيدروجين في تلك الحقبة.

"المواد المتقدمة مثل خزانات الألياف الكربونية ، وأجهزة الاستشعار ، وأجهزة الكمبيوتر وغيرها من الأشياء قد تحسنت بشكل كبير ... سلامة الهيدروجين لا ينبغي حتى أن يكون مشكلة" ، كما يقول. "في قطاع النقل ومناطق أخرى ، تلتقي مركبات الهيدروجين أو تتجاوز أي شيء على الطريق اليوم".

هناك أيضا مخاوف من أن زيادة امتصاص الهيدروجين يمكن أن يؤثر على طبقة الأوزون. ا 2003 الدراسة اقترح أنه إذا تم استبدال كل توليد طاقة الوقود الأحفوري بالهيدروجين ، فإن تسرب الغاز إلى الغلاف الجوي يمكن أن يتفاعل مع الأكسجين لتشكيل بخار الماء الذي يمكن أن يعطل طبقة الأوزون بمقدار كبير.

نقد آخر غالباً ما يكون مصنوعاً من الهيدروجين هو أن كمية كبيرة لا تزال موجودة تنتج باستخدام الوقود الأحفوري. في الولايات المتحدة ، يتم إنتاج معظم الهيدروجين عبر عملية تسمى إصلاح الغاز الطبيعيحيث يتفاعل الغاز الطبيعي مع بخار درجة حرارة عالية لإنتاج الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون. ويمكن أيضا أن تكون مصنوعة من قبل تغويز الفحم البني، مما يؤدي أيضا إلى CO2 الإنتاج.

"إذا اتبعت أيًا من هذه الطرق للحصول على الهيدروجين ، فهناك بعض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي تأتي من هذه الطرق ، لذلك فإن الطريقة الوحيدة التي يمكنك بها جعل هذا الإنبعاث الصفري هي الإقران بذلك مع احتجاز الكربون وتخزينه" ، كما يقول Andrews. "وما زال هذا سؤالًا كبيرًا حول ما إذا كان يمكن أن يكون قابلاً للحياة ، سواء كان سيصبح آمناً ويمكننا الحفاظ على هذا ثاني أكسيد الكربون لآلاف السنين تحت الأرض وما إذا كان يمكن أن يكون اقتصاديًا على الإطلاق".

النهج المقاس

هناك شعور بالإلحاح في المناقشات حول الهيدروجين ، مما يعكس اعتراف واسع النطاق بأن هناك حاجة إلى إزالة الكربون من النقل ، يقول روف. وتقول إنه في حين أن هناك مجموعة من الحلول على الطاولة ، إلا أن الهيدروجين قادر على معالجة القضايا التي لا تستطيع التقنيات الأخرى القيام بها بسهولة أو بفعالية من حيث التكلفة.

ولكن في حين أن هناك الكثير من الإثارة حول إمكانات الهيدروجين ، فإن روف يسترشد أيضًا بمقاربة مُقاسة.

وتقول: "إن المشكلة التي أعتقد أنها قطاع لدعم تكنولوجيا خلايا الوقود الهيدروجينية هي أننا يجب أن نكون حذرين من الضجيج ويجب أن نكون قادرين على إدارة التوقعات". إنه شيء يستغرق وقتًا واستثمارًا. لن يحدث ذلك بين عشية وضحاها ، ولكن على المدى الطويل سيكون الحل جيدًا للغاية ». عرض الصفحة الرئيسية Ensia

ظهر هذا المقال أصلا على Ensia

نبذة عن الكاتب

Bianca Nogrady صحافية علمية مستقلة لم تلتقِ بعد بقطعة بحث لم تجدها رائعة. تكتب لمجموعة متنوعة من المنافذ ، بما في ذلك Nature، The Guardian، Australian Geographic، BBC Future و Australian Broadcasting Corporation. twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

ملاحظة المحرر: لقد قام المؤلف بكتابة العقد الخاص بـ CSIRO في الماضي ، على الرغم من عدم ارتباطه بوقود الهيدروجين.

كتب بواسطة هذا المؤلف

{amazonWS: searchindex = Books؛ keywords = Bianca Nogrady؛ maxresults = 3}

enafarزكية-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}

الأكثر قراءة