تقارير

الهيدروجين الأخضر والطريق إلى المستقبل

إعداد: د.أمل بدران

باحث أول بمعهد بحوث الإنتاج الحيواني بمركز البحوث الزراعية

يقصد بتغير المناخ التحولات طويلة الأجل في درجات الحرارة وأنماط الطقس, وقد تكون هذه التحولات طبيعية فتحدث، على سبيل المثال، من خلال التغيرات في الدورة الشمسية, او انها تحصل بفعل البشر، فمنذ القرن التاسع عشر، أصبحت الأنشطة البشرية هي المسبب الرئيس لتغير المناخ، ويرجع ذلك أساسا إلى حرق الوقود الأحفوري، ((حيث يعرف الوقود الأحفوري على أنه مجموعة من المواد التي تحتوي على الهيدروكربون من الأصول البيولوجية، والتي تتشكل داخل القشرة الأرضية، ويُمكن استخدامها كمصدر من مصادر الطاقة)) ويشتمل الوقود الأحفوري على الفحم، والبترول، والصخر الزيتي، والنفط الرملي (tar sands)، والزيوت الثقيلة، والقار (Bitumen)، وتحتوي جميع هذه المواد على الكربون والذي ينتج عنه انبعاث غازات ملوثة كثيرة يكون الكربون اساسا في تكوينها وتعمل هذه الغازات الى تكوين غطاء يلتف حول الكرة الأرضية، ما يؤدي إلى حبس حرارة الشمس ورفع درجات الحرارة.

من أهم الغازات الملوثة للبيئة التي تؤدي بالنتيجة الى تغير المناخ هي ثاني أكسيد الكربون والميثان, وتنتج هذه الغازات، على سبيل المثال، عن استخدام البنزين في السيارات أو الفحم المستخدم لتدفئة المباني, او الحرق الحادث لكل أنواع الوقود لتوليد الطاقة او حتى حرائق الغابات التي تحصل بفعل فاعل او نتيجة لظروف محيطة ويصاحبها انبعاثات كربونية هائلة.

لابد لنا أن نذكر عاملا مهما يؤدي إلى زيادة نسبة انبعاث ثاني أوكسيد الكربون وهو تطهير الأراضي من الأعشاب والشجيرات وقطع الغابات لأنها كانت تشكل غطاء نباتي أخضر يمتص كميات كبيرة من ثاني أوكسيد الكربون ويُطلق الأكسجين.

تعتبر مدافن القمامة مصدر رئيسي لانبعاثات غاز الميثان وكذلك يعد إنتاج واستهلاك الطاقة والصناعة والنقل والمباني وطريقة استخدام الأراضي من بين مصادر الانبعاث الرئيسية.

إن انبعاث هذه الغازات مستمرة بل وفي ازدياد تصاعدي ونتيجة ذلك أصبحت الكرة الأرضية الآن أكثر حرارة حيث ارتفعت درجة الحرارة بمقدار 1,1 درجة مئوية عما كانت عليه في أواخر القرن التاسع عشر, وكان العقد الماضي (2011 – 2020) الأكثر ارتفاعا في درجات الحرارة على الإطلاق.

يعتقد الكثير من الناس أن تغير المناخ يعني أساسا ارتفاع درجات الحرارة، ولكن ارتفاع درجة الحرارة ليس سوى بداية القصة، ولأن الأرض عبارة عن نظام، حيث فيها كل شيء متصل، فإن التغيرات في منطقة واحدة قد تؤدي إلى تغيرات في جميع المناطق الأخرى.

تشمل عواقب تغير المناخ، من بين أمور أخرى، الجفاف الشديد وندرة المياه والحرائق الشديدة وارتفاع مستويات سطح البحر والفيضانات وذوبان الجليد القطبي والعواصف الكارثية وتدهور التنوع البيولوجي.

الانبعاثات التي تسبب تغير المناخ تأتي من كل منطقة من العالم وتؤثر على الجميع،لكن نسبة الانبعاث تختلف من دولة لأخرى حيث ان العشر دول المصنفة بأنها أكثر الدول المسببة للتلوث تنتج 68% من حجم الانبعاث الكلي مع العلم أن 100 دولة مصنفة على أنها أقل انبعاثا للغازات الملوثة لا تنتج إلا 3% من إجمالي التلوث.

أما باقي الانبعاثات فهي تعود إلى أسباب غير بشرية كالبراكين التي تسهم بنسبة عالية من التلوث إضافة إلى انبعاث غازات بشكل طبيعي من باطن الأرض وعوامل التحلل الاخرى وعلى هذا الاساس يجب على الجميع اتخاذ إجراءات بشأن المناخ، لكن العدالة تقتضي بأن تتحمل البلدان والأشخاص الذين يتسببون في أكبر قدر من المشكلة مسؤولية أكبر لمباشرة العمل بشأن المناخ.

لابد لنا من الاعتراف بالمشكلة وتحديد ابعادها لكي تتم معالجتها بشكل مبني على أسس علمية صحيحة ولا يخفى على احد من اننا نواجه حالة طارئة ثلاثية الأبعاد وهي:
اولا: فقدان التنوع البيولوجي بشكل مخيف.
ثانيا: ارتفاع معدلات التلوث لدرجات فاقت كل التصورات.
ثالثا: اختلال المناخ بسبب التلوث البيئي.

كل هذا سيؤدي بنتيجة حتمية لاجدال فيها إلى ظهور مخاطر كبيرة ومتزايدة على مختلف النظم البيئية والحيوية كالمياه والغذاء والصحة وقد يجر إلى مشاكل أمنية وربما حروب من أجل البقاء.

من الجدير بالذكر أن درجة الحرارة قد تصل إلى تغير كبير بمقدار 2,2 درجة مئوية بحلول عام 2040 وخطر الفيضانات سيزيد بمعدل 50% وخطر التصحر بمقدار 13% (Nature 2018 _ 8972 في 22 اكتوبر).

لقد تسبب التغير المناخي في حدوث تغيرات خطيرة وربما تكون دائمة وكل هذه التغيرات منسوبة إلى أنشطة بشرية (حسب تقارير منظمة الامم المتحدة) وقد تؤدي هذه الأنشطة إلى:
1- نضوب طبقة الاوزون.
2- فقدان التنوع الحيوي بشكل كبير.
3- الضغط على الانظمة المنتجة للغذاء وبالتالي إحداث خلل في توفر الغذاء.
4- انتشار الأمراض والأوبئة، حيث قدرت منظمة الصحة العالمية عدد الوفيات المرتبطة بشكل مباشر بالتغيرات المناخية بـ160 ألف وفاة منذ عام 1950.
5- الهجرة.
6- تعطيل وتأخر النمو الاقتصادي.
7- قلة مياه الشرب أو تلوثها.
8- تدمير البيئة الخضراء وزيادة نسبة ثاني أوكسيد الكربون.

وبناء على ماسبق فإن التلوث البيئي والتغير المناخي يعيق التقدم العالمي بشكل كبير, ومن هنا كان لزاما على الجميع التفكير بحل جذري للمشكلة والحفاظ على بيئة نظيفة خالية من التلوث، حيث أن تحويل أنظمة الطاقة من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح يؤدي إلى تقليل الانبعاثات المسببة لتغير المناخ. لكن علينا أن نبدأ الآن لان أي تأخير غير محسوب سيؤدي إلى تفاقم الأزمة.

بدأت الدول في العالم اجمع ولو بخطوات بطيئة بعض الشيء إلى تشكيل تحالف يهدف إلى الوصول لتقليل مستوى الانبعاثات لمستوى الصفر بحلول عام 2050، ومع ذلك يجب أن يتم خفض الانبعاثات بحوالي النصف بحلول عام 2030 للحفاظ على ارتفاع مقبول من درجة الحرارة وهو أقل من 1و5 درجة مئوية، ويجب أن ينخفض إنتاج الوقود الأحفوري بنسبة 6% تقريبا سنويا خلال العقد 2020 – 2030.

إن البحث عن بدائل للوقود الأحفوري أصبح امرا بالغ الأهمية وبالأخص بعد ارتفاع أسعار الوقود التقليدي، والتغيرات الحادثة في المناخ نتيجة الانبعاثات الكربونية قد وجهت الانظار مؤخرا الى بديل مهم جدا قد يحل الأزمة حلا جذريا وهو الهيدروجين الأخضر لكننا لازلنا نحتاج إلى مزيد من البحوث العلمية ومزيد من العمل للوصول إلى نتائج مرضية.

الهيدروجين الأخضر وأزمة الطاقة العالمية

لقد أصبح واضحا للجميع بأن تقليل استخدام الوقود الأحفوري أصبح أمرا حتميا نظرا لارتفاع اسعاره وتأثيره المباشر على التغيرات المناخية بسبب الانبعاثات الكربونية والتلوث الذي يحدثه جراء هذه الانبعاثات، إضافة إلى أنه لن يبقى إلى الأبد، فلابد أن ينضب.

من هنا كانت أنظار العلماء تتجه إلى الهيدروجين باعتباره الحل الأمثل لمشاكل الطاقة في العالم لأنه العنصر الذي لا ينفذ إضافة إلى ميزة مهمة وهي أنه عند احتراقه لا ينتج أي تلوث أو انبعاثات ضارة للبيئة، بل إن كل الانبعاثات التي تنتج عن احتراقه هي الحرارة والماء النقي والكهرباء وهذا تماما ما نبحث عنه.

وبهذا يكون الهيدروجين خيارا جيدا لسد احتياجات العالم للطاقة في المستقبل وبدون تلوث ويكون البدي المناسب للوقود الاحفوري الذي يعتمد عليه العالم في توفير قرابة 80% من إمدادات الطاقة، والذي يعد المصدر الرئيسي لانبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري.

يعتبر الهيدروجين الأخضر من أبرز الحلول المطروحة لتحقيق هدف الطاقة النظيفة وهو احد الحلول المحتملة الاستخدام في القطاعات الأكثر استهلاكا للطاقة، مثل قطاعات الطيران والشحن البحري والصناعات الثقيلة، وحتى في تدفئة المنازل.

ما الهيدروجين؟

الهيدروجين عبارة عن غاز عديم اللون والطعم والرائحة وله كثافة هي الأقل بين جميع العناصر الكيميائية، حيث تبلغ (0.08988 جم/لتر), مقارنةً بكثافة الهواء التي تبلغ (1,29جم/لتر) اي ان كثافة الهواء تزيد بمقدار 14 مرة عن كثافة الهيدروجين, ويُعد الهيدروجين أيضا من أبسط العناصر، فعادةً ما تتكون ذرة الهيدروجين من بروتون وإلكترون مفردين.

يتحول الهيدروجين من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة عند درجة حرارة (-252,77 درجة مئوية) ويتحول إلى الحالة الصلبة عند درجة حرارة (-259,2 درجة مئوية). يذوب الهيدروجين بدرجة قليلة في الماء والكحولات والقليل من السوائل الشائعة. يحترق الهيدروجين في جو من الأكسجين مكونا الماء, وهو أيضا يمتزج بسهولة مع اللافلزات مثل الكبريت والفوسفور والهالوجينات.

يُعد الهيدروجين Hydrogen من أكثر العناصر توفرا في الكون, حيث أنه توجد في كل عشر ذرات في الكون تسع ذرات هيدروجين، وهو عنصر شائع على الأرض أيضا فهو ثالث العناصر توافرا بعد الأكسجين والسيليكون. حوالي 15% من الذرات التي وجِدت على الأرض هي ذرات هيدروجين عندما يرتبط على شكل مركبات كيميائية مثل الهيدروكربونات والماء، حيث ان كل جزيء من الماء يحتوي على ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين، وتحتوي اكثر من نصف المعادن المكتشفة لحد الآن في تركيبها على الهيدروجين, وفي الحالات الطبيعية فإنه يوجد بالشكل الحرّ على نمط غازي ثنائي الذرة H2 ولكن بشكل نادر جدا.

أهم استخدامات الهيدروجين

يدخل الهيدروجين كعنصر أساسي في العديد من العمليات بما في ذلك الصناعات الكيميائية والنفطية اما أكبر الاستخدامات للهيدروجين فهي دخوله في تصنيع الأمونيا NH₃ والتي تعتبر من اهم الاستخدامات له نظرا لاهمية الأمونيا ودخولها في العديد من الصناعات ومنها صناعة الأسمدة حيث تستخدم الأمونيا كمادة خام وسيطة لإنتاج اليوريا، الأسمدة المركبة، الأسمدة الفوسفاتية، السماد السائل والميلامين, صناعة الأسمدة النيتروجينية, دباغة الجلود, صناعة النسيج, الأصباغ ,مصافي البترول, صناعة الورق وتستخدم كذلك في صناعة المنظفات، وفي صناعة المعادن وكذلك تستخدم في التبريد, اضافة الى ان الهيدروجين يستخدم في انتاج الميثانول (CH₃OH).

يستخدم الهيدروجين ايضا في عمليات تحسين نوعية الوقود التقليدي المتمثلة بعملية اختزال الكبريت من الوقود بالإضافة إلى أن الهيدروجين يعتبر عاملا أساسيا في عملية الهدرجة.

كما يدخل الهيدروجين بشكل أساسي في صناعة الأحماض والتي تعتبر واحدة من أهم المركبات الهيدروجينية. والحمض ببساطة هو أي مركب يحتوي على الهيدروجين في شِقه الموجب, ومن اهم الأحماض الشائعة: حمض الهيدروكلوريك (HCl)، حمض الكبريتيك (H 2 SO 4)، حمض النيتريك(HNO 3 )، حمض الخليك أو الأسيتيك (HC 2 H 3 O 2)، حمض الفوسفوريك (H 3 PO 4 )، وحمض الهيدروفلوريك (HF). تدخل الأحماض في تركيب الآلاف من المواد في الطبيعة والمنتجات الصناعية ومن اهمها: الخل أو حمض الأسيتيك، اللبن الرائب، الليمون وباقي الفواكه الحامضة أو حمض الستريك (C 6 H 8 O 7)، المياه الغازية أو حمض الكربونيك (H 2 CO 3)، حمض البطاريات أو حمض الكبريتيك (H 2 SO 4)، وحمض البوريك (مبيد حشري).

الآثار الصحية للهيدروجين

يُعتبر الهيدروجين ضروريا لحياة كل النباتات والحيوانات. فيمكن القول أن جميع خلايا الكائنات الحية تحتوي على الهيدروجين. وهو لا يُعد ضارا للإنسان ما لم يُؤخذ بكميات كبيرة، وفي هذه الحالة، يُعد خطرا حيث يقطع إمدادات الأكسجين التي يحتاجها الإنسان للتنفس.

إنتاج الهيدروجين

ينتج الهيدروجين بطرق مختلفة ومن أهمها:

اولا: التحليل الكهربائي للماء: ينتج الهيدروجين من إجراء عملية تحليل كهربائي للماء، وهى طريقة قديمة بسيطة يمكن تطبيقها مختبريا بتمرير تيار كهربائي بين قطبين كهربائيين مغموسين في الماء, نتيجة لذلك يتجمع الهيدروجين على الكاثود في حين أن الأوكسجين يتجمع على الانود.

يصنع الكاثود عادةً من البلاتين أو أيّ فلز خامل آخر ولكن هذه الطريقة لازالت مكلفة لانها تحتاج الى طاقة كهربائية عالية ومياه نقية قد يصعب توفيرها في مناطق كثيرة ولهذا بدأ الباحثون الى التوجه الجدي لاستخدام الطاقة المتجددة وتحلية مياه البحر وعلى هذا الاساس فمن الصعوبة الاعتماد على هذه العمليّة لإنتاج الهيدروجين صناعيّاً لأنّها غير مجدية اقتصادياً،, بالاضافة الى حدوث تفاعلات جانبية تقلل من كفاءة الانتاج بشكل عام.

ولا زالت الأبحاث جارية لزيادة فعّالية هذه العملية، من بينها بحث نشر عام 2007 يتضمن وصف طريقة استخدام سبيكة من الألومنيوم والغاليوم على شكل حبيبات تضاف إلى الماء لتوليد الهيدروجين وهذه العملية تشكل الألومينا بالإضافة إلى الغاليوم الذي يمنع تشكّل طبقة الأوكسيد على الحبيبات وبهذا فانه يمكن اعادة استخدامها مرات متتالية وهذه الطريقة توفّر أحد المقترحات لصالح اقتصاد الهيدروجين بحيث أنّ الهيدروجين يولّد في الموقع دون الحاجة لنقله.

ثانيا: الطرق الحرارية: من الطرق الأخرى التي لا تزال ضمن موضوع البحث استخدام طرق كيميائية حرارية لإنتاج الهيدروجين من الطاقة الشمسية لتحليل الماء دون استخدام الكهرباء كمصدر للطاقة. هنالك أكثر من 200 طريقة لا تزال ضمن دائرة البحث العلمي. تسمى هذه الطرق بالدورات الكيميائية الحرارية. من امثلتها دورة أكسيد الحديد ودورة أكسيد السيريوم الرباعي – أكسيد السيريوم الثلاثي، ودورة زنك – أكسيد الزنك ودورة كبريت-يود ودورة نحاس – كلور ودورة الكبريت الهجينة.

ثالثا: من الوقود التقليدي: إن أكثر الطرق كفاءةً من الناحية الاقتصادية لإنتاج الهيدروجين هي عملية إصلاح بخاري للهيدروكربونات وخاصة بالنسبة للغاز الطبيعي. ينتج الهيدروجين في هذه العمليّة كناتج ثانوي حيث يمرر بخار الماء عند درجات حرارة مرتفعة تتراوح بين 700 إلى 1000°م على الهيدروكربونات (غاز الميثان في هذه الحالة) وينتج بذلك غاز مزيج من الهيدروجين وأحادي أكسيد الكربون.

هذا التفاعل يفضل إجراؤه تحت ضغوط منخفضة ولكن عملياً يجرى تحت ضغوط مرتفعة (حوالي 2 ميغا باسكال)، لأن تسويق الهيدروجين المضغوط أسهل ويستعمل الغاز المنتج بشكل رئيسي لإنتاج الميثانول.

رابعا: الأكسدة الجزئيّة للهيدروكربونات: الأكسدة الجزئية للغاز الطبيعي هي عملية لتوليد الغاز الصناعي (هيدروجين واول اوكسيد الكربون) من خلال الأكسدة الجزئية لتغذية الهيدروكربون في مفاعل مقاوم للحرارة. ويمكن تعديل نسبة الهيدروجين وأحادي أكسيد الكربون في الغاز االصناعي بحسب احتياجات العملاء من خلال معالجات إضافية.

من فوائد هذه الطريقة:
⦁ تقنية فعالة ومثبتة لتوليد الغاز الصناعي وبكلفة بسيطة.
⦁ إمكانية تعديل نسبة محتوى الغاز الصناعي من خلال معالجة إضافية.

أنواع الهيدروجين

يصنف الهيدروجين حسب طريقة انتاجه حيث يمكن إنتاج الهيدروجين بطرق متعددة ومن مواد مختلفة، والفرق الرئيسي هو كمية انبعاث ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاجه، مما يؤدي إلى أربعة أنواع مختلفة من الهيدروجين وهي:

1ـ الهيدروجين الأخضر: وهو الهيدروجين الناتج من عملية استخدام الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة, حيث انه يخلو من انبعاثات الكربون وهو الخيار الأمثل للبيئة.
تعمل الكهرباء المستخدمة على اجراء عملية التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين من الماء وذلك بعملية فصل ذرة الاوكسجين عن ذرتي الهيدروجين.

يمكن ايضا الاستفادة من الهيدروجين الأخضر في تغذية الشبكة الكهربائية بالطاقة للتعويض عن الطاقة المتجددة، وبالتالي تقليل الخسائر في كمية الطاقة المستخدمة وتوفير خدمات الحفاظ على استقرار الشبكة الكهربائية.

2ـ الهيدروجين الرمادي: وهو الهيدروجين الذي ينتج من استخدام الطاقة المنتجة من الوقود التقليدي والتي تضم مستويات عالية من انبعاثات الكربون لان الوقود التقليدي هو مزيج هيدروكربوني يدخل الكربون فيه بشكل كبير جدا. ومن هذه الانواع الهيدروجين المنتج من الغاز الطبيعي على نطاق واسع في الكثير من العمليات الصناعية المختلفة. ويمثل الهيدروجين المنتج من الوقود التقليدي 94% من كمية إنتاج الهيدروجين حول العالم.

3ـ الهيدروجين الأزرق: وهو مشابه جداً للهيدروجين الرمادي ولكن يتم تخزين ثاني أكسيد الكربون في باطن الأرض، وهذه العملية لها أضرار قليلة على البيئة وتمتاز بأنها اكثر فعالية من الهيدروجين الرمادي.

4ـ الهيدروجين الفيروزي (تركواز): وتتم عملية إنتاج الهيدروجين من خلال عملية تسمى الانحلال الحراري، حيث يتم تسخين الغاز الطبيعي (الميثان)، ما يؤدي إلى تفككه إلى غاز الهيدروجين ومواد صلبة كربونية. أما الفرق الرئيسي بينه وبين الهيدروجين الأزرق فهو عدم انبعاث الكربون خلال العملية، إذ أن الكربون الناتج يكون على شكل مواد صلبة.

الهيدروجين الأخضر والمناخ

يواجه العالم تحديا كبيرا دائما يتمثل في تغير المناخ، وتلتزم الاقتصادات العالمية المختلفة بخفض انبعاثات الكربون إلى الصفر الصافي بحلول عام 2050 وتقليل الارتفاع العام في درجة الحرارة بمقدار 1,5 درجة مئوية. مع هذه التحديات، تسعى البلدان الناشئة إلى تحقيق إزالة الكربون من الاقتصادات وتقديم بدائل وتقنيات أنظف ومستدامة عبر جميع القطاعات الاقتصادية.

يمكن أن يكون الهيدروجين الاخضر هو الحل الذي يوفر رابطا بين توليد الكهرباء المتجددة المتنامية والمستدامة والقطاعات التي يصعب إمدادها بالكهرباء, ويمكن أن يكون الهيدروجين الأخضر أحد الإمكانات الرئيسية لخفض انبعاثات الكربون والتحرك نحو أهداف مستدامة واعتبار تطوير تقنيات الهيدروجين الأخضر بمثابة موضوع اساسي مهم.

يستخدم الهيدروجين المنتج اليوم في الغالب في تكرير النفط الخام، ويمثل إنتاج الأمونيا وتخليق الميثانول معا 75٪ من الطلب على الهيدروجين النقي والمختلط ويتم الحصول على الهيدروجين المنتج لهذا الغرض في الغالب من الغاز الطبيعي والوقود التقليدي اللذين يمثلان معا 95٪ ، وينتج التحليل الكهربائي حوالي 5٪ من الهيدروجين العالمي. ويشار الى الهيدروجين المنتج باللون للإشارة الى كمية انبعاث الكربون او للإشارة الى مقدار التلوث الذي تسببه عملية الانتاج وبهذا فان اللون الاخضر يشير الى ان ان نسبة الانبعاث الكربوني هي صفر.

يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر باستخدام الطاقة المتجددة (الطاقة الشمسية او طاقة الرياح على سبيل المثال) في عملية التحليل الكهربائي للماء وتعتبر هذه الطريقة هي الأكثر ملاءمة لكي نطلق عليها مصطلح الطاقة المستدامة وهي التقنية الأكثر رسوخا والتي تضمن عدم توليد أو انبعاث غازات الاحتباس الحراري وبالتالي فانها طريقة صديقة للبيئة.

تتجه الانظار حاليا إلى مياه البحر لتكون بديلا عن المياه النقية المستخدمة ويمكن الاستفادة من الناتج العرضي لعملية التحلية (وهي الأملاح) لتقليل الكلفة المرتفعة لعملية التحلية وبالتالي تقليل كلفة انتاج الهيدروجين الأخضر.

سيكون استبدال الهيدروجين الرمادي والبني بالهيدروجين الأخضر في حد ذاته أول وأفضل استخدام لتقنية الطاقة النظيفة لانها الأفضل لتحقيق إزالة الكربون بشكل كامل.

يتميز الهيدروجين المنتج من مصادر متجددة بنسبة 100٪ بأن عملية انتاجه تتطلب أنظمة بسيطة إلى حد ما، وليس له أي آثار سلبية واضحة على الصحة والسلامة والبيئة. ومع ذلك، نحن بحاجة إلى بدء العمل الآن لجعل الهيدروجين الأخضر منافسا اقتصاديا مقارنة بالهيدروجين المنتج من الوقود التقليدي.

تنشر العديد من الدول استراتيجيات هيدروجين طموحة مع رؤيتها للمستقبل, والتي نأمل أن تسمح بتطوير الهيدروجين الأخضر في كافة القطاعات وتبني اسس علمية صحيحة في الانتاج والتوزيع وبهذا نضمن فائدة مزدوجة الاولى انه يتم إنتاج الهيدروجين خال من الكربون نهائيا وخال من اي انبعاث لاي من مركبات الكربون.

أما الثانية فإننا يمكن ان نجهز شبكة الكهرباء الرئيسية بالطاقة المتجددة وبهذا نضمن طاقة نظيفة لتغطية النقص الحاصل في انتاج الكهرباء الذي يعتمد بالاساس على الوقود التقليدي وبهذا سنزيد من مقدار الجدوى الاقتصادية وهذا بدوره سيؤدي إلى تقليل مخاطر الاستثمار بشكل كبير في الأصول، مثل خطوط أنابيب الغاز الجديدة أو تعديل البنى التحتية الحالية، حتى قبل تحديد الطلب والسوق بشكل جيد.

مزايا استخدام الهيدروجين الأخضر

1ـ استخدام الهيدروجين الأخضر سيؤدي إلى القضاء بشكل كبير على الانبعاثات الكربونية، وبهذا سيقلل من التلوث الذي ادى الى احداث التغيرات المناخية ولذلك فهو صديق للبيئة.

2ـ انخفاض أسعار الطاقة الكهربائية النظيفة التي لا تحتوي على أي انبعاثات ملوثة.

3ـ الهيدروجين الأخضر متعدد الاستخدامات وعلى سبيل المثال استخدامه في الوقود، أو كسائل تبريد، وتوليد الكهرباء، والحرارة، وغير ذلك.

4ـ يمكن الاستفادة من الهيدروجين الأخضر أيضا في الاعتماد عليه كمواد خام لصناعة تقنيات التحليل الكهربائي، ويتم استخدام أنظمة خلايا الوقود اليوم بشكل ناجح.

5ـ الهيدروجين الأخضر من المواد القابلة للنقل بمنتهي السهولة حيث يُمكن مزجه مع الغاز الطبيعي بمعدل يصل إلى 20%، إضافة الى انه يمكن استخدام نفس الانابيب المستخدمة في نقل الغاز دون احداث تجديد في البنية التحتية.

6ـ الهيدروجين الأخضر سوف يكون بمثابة وقود المستقبل، والقائد الحقيقي للموجة الثانية من مرحلة تحول الطاقة العالمية.

محطة إنتاج هيدروجين أخضر

*التحديات: هناك الكثير من التحديات التي تواجه عملية انتاج الهيدروجين الاخضر والتي تحتاج الى المزيد من العمل والبحث العلمي وفق اسس صحيحة ومن ابرز هذه التحديات:

1ـ كلفة انتاج الهيدروجين الاخضر لازالت مرتفعة ومكلفة حيث تبلغ عملية انتاج كيلو جرام واحد منه بمقدار يتراوح (من5 الى 7,5 دولار) ويرجع السبب في ذلك الى ارتفاع تكلفة الطاقة المتجددة لتحليل المياه، فتصل الكلفة الى مقدار يتراوح بين 3 و7 دولارا لكل كيلو جرام، بحسب تقرير صادر عن منظمة أوابك قبل اندلاع أزمة الطاقة العالمية.

2ـ صعوبة تخزين الطاقة الكهربائية التي يولدها الهيدروجين حيث لازالت الابحاث جارية الى ايجاد طريقة تخزين للطاقة تكون عملية وغير مكلفة وتعتبر عملية التخزين عبر البطاريات هي من أكثر الطرق المعتمدة حاليا.

3ـ قلة مصادر المياه وخاصة في الشرق الاوسط وافريقيا.

4ـ هناك مشاكل في عملية تخزين الهيدروجين بالإضافة الى ان عملية الامداد الى محطات التوزيع تزيد من كلفة الانتاج. وتُعَد عمليات نقل الهيدروجين وتوزيعه – وهي المرحلة الوسيطة بين الإنتاج والاستهلاك- بمثابة تحدٍّ كبير آخر من الناحية الاقتصادية أمام التوسع في استخدام هذا العنصر الموجود بوفرة في الكون؛ نظرًا لارتفاع تكلفة نقله إلى مسافات طويلة، وذلك مقارنة بأنواع الوقود الأخرى.

5ـ تحتاج عملية اسالة الهيدروجين الى ضغط عالي تصل بحدود 700 ضغط جوي، وهو رقم مرتفع للغاية، كما أن ضغطه يعني الحاجة إلى مواد مخصصة لاحتواء الهيدروجين بهذا الضغط المرتفع، وهي مواد ذات أوزان ضخمة وتحتاج أيضًا لتكلفة إضافية.

6ـ الهيدروجين له قدرة تفجيرية تصل إلى 2,5 ضعف القدرة التفجيرية لأي وقود أحفوري اخر، وعليه فان الهيدروجين يحتاج لمعايير أكثر صرامة من جانب الأمن والسلامة.

7ـ الهيدروجين له القابلية للاشتعال بسهولة في الهواء عند تركيزات مختلفة؛ ما يسبب وهجا تصعب رؤيته في ضوء النهار؛ الأمر الذي يُشَكّل تحديا كبيرا لقواعد الأمن والسلامة فيما يندرج تحت مسمى صعوبة رصد حرائق الهيدروجين.

الوطن العربي وإنتاج الهيدروجين الأخضر

بدأت الدول العربية التفكير جديا بمواكبة التطور الحاصل في انتاج الهيدروجين الاخضر وفي مجال الاستفادة من الطاقة الشمسية فإن العـالم العربي يتمتع بموارد هائلة من الطـاقة الشمسية تبعـاً لموقعه الجغرافي المميز الذي يجعله يمتلك أعلى سطوع شمسي حيث يقع جزء كبير منه ضمن ما يسمى بحزام الشمس الذي يستفيد من معظم أشعة الشمس الكثيفة على الكرة الأرضية من حيث الحرارة والضوء على حد سواء.. كما توجد في الوطن العربي مناطق صحراوية التي يسطع فيها ضوء الشمس وتصل احيانا في بعض المناطق نسبة سطوع شمسي تصل بين 8 الى 10 ساعات يوميا.

كما يعد الوطن العربي المنطقة المثالية لاستثمار طاقة الرياح من حيث الموقع والمناخ والمساحة الشاسعة التي تعد منطقة لمرور الرياح شتاءً وصيفاً إضافة إلى انخفاض تكاليف الإنتاج في استثمار طاقة الرياح لتوليد الطاقة الكهربائية مقارنة بباقي مصادر الطاقة المتجددة.

وهذه الاسباب تجعل عملية انتاج الهيدروجين الاخضر في الوطن العربي هي الانسب من بين كل دول العالم.

تسهم 9 دول عربية بقوة عالميا في إنتاج الهيدروجين الأخضر وحماية البيئة؛ لدوره في خفض انبعاثات الكربون المسببة لارتفاع درجة حرارة الأرض وتوحش المناخ وهذه الدول تشكل مستقبل إنتاج الهيدروجين الأخضر في الشرق الأوسط، وهي: مصر، والإمارات، والسعودية، والمغرب، وعمان، والعراق، والجزائر، وقطر، وموريتانيا، وفق دراسة أصدرها المركز المصري للدراسات الاستراتيجية.

وقعت البلدان التسع مذكرات تفاهم عالمية لإنتاج واستخدام الهيدروجين الأخضر؛ ما رفع عدد مشروعات هذا المجال في المنطقة إلى 34 مشروعا، وجأت الأمونيا الخضراء والهيدروجين المرتبة الأولى بإجمالي 23 مشروعا، فيما تقوم 9 مشروعات على التوسع في إنتاج الهيدروجين الأزرق ومشتقاته مثل الأمونيا الزرقاء، ويوجد مشروعان لاستخدام الهيدروجين كوقود في المركبات العاملة بخلايا الوقود، بحسب الدراسة.

أكدت أوابك أن نجاح الدول العربية في تجسيد هذه المشروعات سيمكنها من أداء دور مهم في سوق الهيدروجين العالمية، والظفر بحصة جيدة من هذه السوق الواعدة، لتضيف إلى موقعها الريادي في أسواق الطاقة دورا جديدا بصفة مصدر للهيدروجين، بجانب دورها التاريخي بصفة مصدر عالمي لإمدادات النفط والغاز منذ عدة عقود.

مصر والتغيرات المناخية

بالرغم من أن مصر ليست من الدول المتسببة في ظاهرة التغيرات المناخية؛ حيث أنها تساهم بأقل من 1% بغازات الاحتباس الحراري المؤدية لظاهرة التغيرات المناخية، لكنها من الجهات الفاعلة في مواجهة الظاهرة عالمياً، بالتنسيق مع الدول العربية والإفريقية.

وحددت مصر أولوياتها في مشروعات مكافحة تغير المناخ، ببرامج مستهدفة تصل تكلفتها التقديرية إلى 202,5 مليار دولار على مدار 28 عاماً، وتشمل محوري “التخفيف” من الآثار السلبية المتوقعة لتغير المناخ، أو “التكيف” مع تلك الآثار. ويبدأ أول المشروعات المستهدفة في “الحزمة الأولى من البرامج والمشروعات المقترحة للتمويل” بمشروعات حماية الشواطئ، وجرى تقدير مدة تنفيذها حتى عام 2027 باعتبارها أولوية أولى بتكلفة 12 مليار دولار بطول 3500 كيلو متر.

تعمل الدولة المصرية على “خطة متكاملة” لحماية الشواطئ المصرية من تداعيات تغير المناخ وحمايتها من الغرق وتوغل المياه فيها، وهو ما ربطته المصادر بالمشروعات الجاري تنفيذها والمستهدف تنفيذها لحماية الشواطئ بتكلفة 12 مليار دولار.

وضعت مصر ضمن خطتها الاستراتيجية برنامج الطاقة المتجددة، شاملا الهيدروجين الأخضر، وأنظمة التحكم في الطاقة، بتكلفة تقديرية 122 مليار دولار، والمستهدف انتهائها في 2035، مع احتياج الدولة المصرية لتمويلات بشأنها تُقدر بنحو 109,5 مليار جنيه.

أما في مجال الزراعة فان الدولة المصرية تستهدف، الانتهاء من مشروعين أخرين بحلول عام 2050، وهما تنمية المحاصيل، وإنتاج تراكيب وراثية وأصناف متوائمة مناخياً لعدد 200 نوع نباتي، بوقت تنفيذ مستهدف حتى 2050 بتكلفة تقديرية 15 مليار دولار، وبرنامج لتحلية مياه البحر حتى عام 2050 أيضاً، بتكلفة تقديرية 8,5 مليار دولار.

استثمارات الهيدروجين في مصر

يحظى الهيدروجين الأخضر في مصر باهتمام متزايد، خاصة مع توافر إمكانات الطاقة المتجددة في البلاد، وأعلنت الحكومة إطلاق خطة وطنية للهيدروجين، إدراكًا منها لأهمية إنتاج الهيدروجين الأخضر والأمونيا وتخزينهما وتجارتهما، في إطار استراتيجيتها للتنمية الاقتصادية، وتتوقع المزيد من تدفق المستثمرين الأجانب، مع العديد من العوامل الإيجابية، التي تمتلكها مصر، بما في ذلك موقع الدولة وقناة السويس التي تشهد نحو 12% من جميع الشحنات المنقولة بحرًا في العالم والبنية التحتية للغاز الطبيعي ومحطات الإسالة والموانئ البحرية وغيرها، فضلًا عن إمكاناتها المرتفعة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح, كما أن مصر قريبة من أسواق مثل الاتحاد الأوروبي والشرق الأوسط، قد تشهد طلبا كبيرا على الهيدروجين في السنوات المقبلة، بالإضافة إلى استفادة السوق المحلية، خاصة قطاع الزراعة، (بحسب تقرير ريستاد إنيرجي), بالإضافة إلى توافر الموارد والبنية التحتية، فإن الحكومة المصرية تعمل على تقديم الحوافز الضريبية وتسهيل الإجراءات، فمن خلال الحصول على تصريح واحد فقط، فبإمكان المستثمر بدء عملية إنشاء مشروعات الهيدروجين وتشغيلها وإدارتها, ونظرا إلى هذه الإمكانات سالفة الذكر، قدمت مصر العديد من دراسات الجدوى ومذكرات التفاهم بين المؤسسات المصرية والمؤسسات الدولية الرائدة في سوق الأمونيا والهيدروجين في عام 2021.

وأعلنت الهيئة الاقتصادية لقناة السويس توقيع 6 مذكرات تفاهم لإنتاج الهيدروجين الأخضر في مصر والأمونيا باستثمارات تصل إلى 10 مليارات دولار.

REFERENCES
1. Aakko-Saksa, P.T., Cook, C., Kiviaho, J., Repo, T., 2018. Liquid organic hydrogen carriers for transportation and storing of renewable energy – Review and discussion. J. Power Sources 396, 803– 823.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.04.011

2. Acil Allen Consulting, ARENA, 2018. OPPORTUNITIES FOR AUSTRALIA FROM HYDROGEN EXPORTS.

3. Agarwal, A.K., Gautam, A., Sharma, N., Singh, A.P., 2019. Methanol and the alternate fuel economy.

4. Amprion, 2019. Press Release: Amprion und OGE treiben ihr Power-to-Gas-Projekt “hybridge” voran.Andersson, J., Grönkvist, S., 2019. Large-scale storage of hydrogen. Int. J. Hydrog. Energy 44, 11901– 11919. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.03.063.

5. ANRE, 2017. Basic Hydrogen Strategy. Hydrogen and Fuel Cells Strategy Office, Advanced Energy

6. Systems and Structure Division, Energy Conservation and Renewable Energy Department, Agency for

7. Natural Resources and Energy. ARENA, 2018. Opportunities for Australia from Hydrogen Exports. Australian Renewable Energy Agency.

8. Baeza Jeria, T., 2017. Green Hydrogen from Chile. IRENA Innovation Week 2018.Berstad, D., Decker, L., Elliott, A., Haberstroh, C., Hatto, C., Klaus, M., Mortimer, N., Mubbala, R.,Mwabonje, O., Neksa, P., Quack, H., Rix, J., Seemann, I., Walnum, H.T., 2013. Efficient Liquefaction of Hydrogen: Results of the IDEALHY Project. Presented at the EnergireSymposium, Stralsund/Germany,.BINE, 2018. Mainz Energy Park – Storage and versatile utilisation of wind power as hydrogen: Research on world’s largest powerto-gas plant (Projektinfo 05/2018).

9. Brown, T., 2018. ThyssenKrupp’s “green hydrogen and renewable ammonia value chain.” Ammon. Ind. URL ammoniaindustry.com/thyssenkrupps-green-hydrogenand-renewable-ammonia-value-chain/Bruce, S., Temminghoff, M., Hayward, J., Schmidt, E., Munnings, C., Palfreyman, D., Hartley, P., 2018.

10. National Hydrogen Roadmap. Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO),Australia. Patricia S. Abril and Robert Plant, 2007. The patent holder’s dilemma: Government of the Netherlands (2020), Government Strategy on hydrogen, https://www.government.nl/documents/publications/202 0/04/06/government-strategy-on-hydrogen.

11. H-Vision (2019), Annexes to the H-vision Main Report, https://www.deltalinqs.nl/h-vision-en.HYBRIT (2020), HYBRIT’s next step receives support from Swedish Energy Agency, https://www.hybritdevelopment.com/ hybrits-next-step-receives-support-from-swedishenergy-agency.

12. Hydrogen Analysis Resource Center (2016), Hydrogen Pipelines September 2016, Hydrogen Tools, www.h2tools.org/sites/default/files/imports/files//Hydro gen%2520Pipelines%252 September%25202016.xlsx.

13. Hydrogen Council (2020), Path to Hydrogen CompetitivenessA Cost Perspective, Hydrogen Council,www.hydrogencouncil.com/wp content/uploads/2020/01/Path-to-Hydrogen Competitiveness_Full-Study-1.pdf.

14. IEA (International Energy Agency) (2019), The Future of Hydrogen, IEA, Paris. Ikäheimo, J. et al. (2018), “Power-to-ammonia in future

15. THE GREEN HYDROGEN REPOR ,the 1995 Progress Report of the USA Secretary of Energy’s Hydrogen Technical Advisory Pane.

16.AFC TCP (Advanced Fuel Cells Technology Collaboration Programme) (2020), Energy Technology Perspectives 2020, International Energy Agency, Paris, www.iea.org/reports/energytechnology-perspectives-2020.

17. Behling, N., M. Williams and S. Managi (2015), “Fuel cells and the hydrogen revolution: Analysis of a strategic plan in Japan”, Economic Analysis and Policy, Vol. 48, pp. 204–221, www.doi. org/10.1016/j.eap.2015.10.002.

18. BMU (2020), Neues Förderfenster im Umwelt innovations programm, https://www.bmu.de/pressemitteilung/bundesumweltministeriumfoerdert-projekte-zur-dekarbonisierung-der-industrie/

19. BMWi (2020), Bundeshaushalt 2020, Einzelplan 09: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, https://www.bmwi. de/Redaktion/DE/Artikel/Ministerium/haushalt-2020.html.

21. BNEF (Bloomberg New Energy Finance) (2020), Hydrogen Economy Outlook, Bloomberg New Energy Finance.

22. BNEF (2019), Renewable Energy Auctions Database, Bloomberg New Energy Finance.. (Needs subscription).

23. Caglayan D. et al. (2019), “Technical potential of salt caverns for hydrogen storage in Europe”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 45, pp. 6793-6805, https://doi.org/ 10.1016/j.ijhydene.2019.12.161.

24.CE Delft (2018), Werk door groene waterstof [Work in Green Hydorgen], https://www.ce.nl/publicaties/2202/werk-doorgroene-waterstof.

25.COAG (Council of Australian Governments) (2019), Australia’s National Hydrogen Strategy, COAG Energy Council, www. industry.gov.au/sites/default/files/2019-11/australias-nationalhydrogen-strategy.pdf.

26. DW (Deutsche Welle) (2020), “Germany and hydrogen – €9 billion to spend as strategy is revealed”, Deutsche Welle, https://www.dw.com/ en/germany-and-hydrogen-9-billion-to-spend-as-strategy-isrevealed/a-53719746

27. Eichman, J., K. Harrison and M. Peters (2014), Novel Electrolyzer Applications: Providing More Than Just Hydrogen, National Renewable Energy Laboratory, www.nrel.gov/docs/fy14osti/61758.pdf.

28. Element Energy (2020), ‘Gigastack: Bulk Supply of Renewable Hydrogen – Public Report’, Gigastack, (January), https://www. itm-power.com/news-item/new-factory-update-and-seniorproduction-appointment.

29. European Commission (2020), COM (2020) 301 – A Hydrogen Strategy for a Climate-Neutral Europe, European Commission, www.ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/hydrogen_strategy.pdf.

30. European Commission (2003), Hydrogen Energy and Fuel Cells – A Vision of Our Future, European Commission, www.fch.europa. eu/sites/default/files/documents/hlg_vision_report_en.pdf.

31. European Parliament (2018), Directive (EU) 2018/2001 of the European parliament and of the council of 11 December 2018 on the promotion of the use of energy from renewable sources (recast).

32. FCH JU (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking) (2017), Fuel Cell and Hydrogen Technology: Europe’s Journey to a Greener World, Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, www.fch.europa.eu/sites/default/files/2017_FCH%20Book_ webVersion%20%28ID%202910546%29.pdf.

تابع الفلاح اليوم علي جوجل نيوز

مقالات ذات صلة

تعليق واحد

  1. مقال اقل مايقال عنه انه رائع حيث جمع مايلي:
    ١_ المعلومة العلمية الموثقة.
    ٢_ غزارة وتنوع المصادر
    ٣_ الشرح البسيط بحيث تصل المعلومة للقاريء حتى وان لم يكن مختصا
    ٤_الوضوح في الطرح
    ٥_ استخدام اسلوب علمي في نقل وطرح المعلومة
    جزاكم الله خيرا عن هذه المعلومات الغير تقليدية وجزى الله الباحثة خير الجزاء ووفقها وننتظر منكم المزيد
    شكر خاص للفلاح اليوم على الاختيار الرائع للمواضيع تهم الجميع وهي مواضيع الساعة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى