يواجه العالم تحدي احتياجات الطاقة - الموازنة بين العرض والطلب والتكاليف والأثر البيئي - وأحد الحلول المحتملة لهذه المشكلة هو الهيدروجين.
الهيدروجين واعد كمصدر وقود لمحركات الاحتراق وخلايا الوقود وكبديل لتسخين الغاز الطبيعي. بقايا احتراقه الوحيد هو الماء وهناك عدة طرق لإنتاج الغاز دون التهديد بانبعاثات الكربون.
ومع ذلك ، فإن إنتاج غاز الهيدروجين النقي يعد مكلفًا بشكل مستدام وأكثر تكلفة للتخزين والنقل مقارنة بالوقود الأحفوري التقليدي. يحاول الباحثون في مجال الطاقة إيجاد أفضل الطرق لشراء الهيدروجين بالإضافة إلى أكثر الطرق عملية لنقله ليكون منافسًا حقيقيًا للغاز الطبيعي أو البتروكيماويات. هناك عدة طرق للتعامل مع هذه المشكلة ، اكتشف المزيد أدناه.
لكل استخداماته ، الهيدروجين ثنائي الذرة النقي له قيود تمنعه من أن يكون عمليًا على نطاقات أكبر. إن إنتاج وقود الهيدروجين ليس خاليًا تمامًا من غازات الدفيئة ، وهناك مستدام وغير مستدام طرق الإنتاج التي يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار. أكثر الأشياء الواعدة حاليًا هو التقسيم الإلكتروليتي للمياه (باستخدام الطاقة المتجددة) ، مما ينتج عنه غازات الهيدروجين والأكسجين.
مع حل مشكلة الإنتاج ، تتجسد قضية الكفاءة - عند الضغط ودرجة الحرارة المحيطة ، لا توجد طاقة كافية لكل وحدة حجم من غاز الهيدروجين لتوفير مقياس مشابه ضد الوقود الأحفوري. كثافة طاقة غاز الهيدروجين لكل كيلوغرام ما يقرب من ثلاثة أضعاف أنواع الوقود التقليدية ، إلا أن قدرة الطاقة الواقعية لكل لتر هي أوامر من حيث الحجم أصغر.
بينما يمكن ضغط غاز الهيدروجين تحت ضغط عالٍ ، فإن هذا يتطلب معدات متخصصة بالإضافة إلى المزيد من الطاقة للقيام بذلك ، ولا يزال بإمكانه تحقيق حوالي 5٪ هيدروجين لكل وحدة وزن (حيث 95٪ المتبقية هي وزن الوعاء المضغوط ). يمكن قول الشيء نفسه بالنسبة للهيدروجين المسال الذي يتطلب درجة حرارة -253 درجة مئوية أو أكثر برودة ، مما يستلزم معدات تبريد وطاقة إضافية.
أفضل حل للاستخدام الفعال ونقل الهيدروجين الذي وجده العلماء ليس في الواقع هيدروجين نقي على الإطلاق. هناك بدائل لديها الكثير من الإمكانات - وهي التخزين الكيميائي والتخزين الفيزيائي.
التخزين الكيميائي هو المكان الذي يتم فيه تخزين ذرات الهيدروجين داخل الجزيئات من خلال الروابط الكيميائية ، ليتم إطلاقها فقط بعد حدوث تفاعل كيميائي. هناك العديد من الخيارات المحتملة للناقلات الكيميائية للهيدروجين ، مثل هيدرات المعادن أو الجزيئات العضوية (مثل الكحوليات والكربوهيدرات).
لكي تكون المادة أكثر فاعلية ، يجب أن يكون للمادة سعة هيدروجين لا تقل عن 7٪ من حيث الوزن ، وأن تكون درجة حرارة تشغيلها بين 0 و 100 درجة مئوية. تتطلب العديد من هيدرات المعادن درجة حرارة لا تقل عن 200 درجة مئوية لإطلاق الهيدروجين. الهيدروكربونات العضوية في وضع مماثل ، مع العيب الإضافي لانبعاث ثاني أكسيد الكربون2 كمنتج رد فعل.
تسمح خيارات التخزين الفيزيائي بامتصاص الهيدروجين على سطح المادة بكميات أكبر بكثير من ترك الغاز الموجود في حد ذاته. أكثر هذه المواد شيوعًا هي المواد الشبيهة بالإسفنج التي يسهل اختراقها ، مثل الكربون المنشط أو الأطر المعدنية العضوية (MOFs). تم العثور على وزارة المالية التي تم الإبلاغ عنها في عام 2020 لتحقيق قدرة هيدروجين متميزة بنسبة 14 ٪ بالوزن. ومع ذلك ، فإن محدودية العديد من الأطر العضوية المعدنية هي أنها تؤدي أداء الامتزاز بشكل أفضل في درجات حرارة منخفضة للغاية (العديد من حوالي -200 درجة مئوية) وتفقد فعاليتها مع ارتفاع درجة الحرارة.
صنعت الأمونيا بالفعل اسمًا لنفسها كمكون حيوي للأسمدة ، حيث تجاوز الإنتاج السنوي العالمي 200 مليون طن في عام 2021. كما أنها أثارت الإلهام كطريقة لتخزين الهيدروجين الكيميائي.
إن طريقة إنتاج الأمونيا الحالية ليست صديقة للبيئة - تتطلب عملية هابر تفاعل غاز النيتروجين وغاز الهيدروجين معًا عند درجات حرارة وضغوط عالية ، حيث غالبًا ما يتم الحصول على الهيدروجين المعني من الوقود الأحفوري. ومع ذلك ، يخطو علماء الطاقة خطوات واسعة في طرق الإنتاج البديلة ، مثل خلايا الوقود والمفاعلات الغشائية ، والتي يمكن أن تمنح الأمونيا بصمة أكثر اخضرارًا للوقود والأسمدة وغير ذلك.
الأمونيا جزيء غير عضوي ، يتكون من ذرة نيتروجين واحدة وثلاث ذرات هيدروجين. تجعل كثافة الهيدروجين هذه مادة كيميائية جذابة للهيدروجين لأغراض الطاقة ، كبديل لنقل الهيدروجين السائل النقي حولها. بدلاً من طلب درجات حرارة أقل من 253 درجة مئوية ، فإن الأمونيا هي سائل عند درجة حرارة 77- درجة مئوية فقط عند الضغط الجوي ، أو تصل إلى -10 درجة مئوية تحت ضغوط أعلى قليلاً. بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتوي الأمونيا على الكربون ، لذلك لديها إمكانات كبيرة كمصدر وقود خالٍ من الكربون. يمكن تقسيمها إلى غازات الهيدروجين والنيتروجين في خلية وقود عكسية ، حيث يمكن للنيتروجين ثنائي الذرة إعادة الانضمام إلى الغلاف الجوي دون الإضرار بالبيئة.
إذا كنت تريد معرفة المزيد عن الأنواع المختلفة من المواد الكيميائية ، أو كيفية تقليل المخاطر أثناء العمل مع المواد الكيميائية ، فنحن هنا للمساعدة. لدينا أدوات لمساعدتك في إعداد التقارير الإلزامية ، وكذلك إنشاء ملفات SDS وتقييمات المخاطر. لدينا أيضًا مكتبة لـ بينرس تغطي لوائح السلامة العالمية والتدريب على البرامج والدورات المعتمدة ومتطلبات الملصقات. لمزيد من المعلومات ، اتصل بنا اليوم على سا***@ch*********.net.
مصادر:
