ما هي فوائد وحواجز استعمال الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي وهل من الممكن الاعتماد على غاز الهيدروجين كوقود؟ في هذا المقال سنتحدث بالتفصيل عن استعمال غاز الهيدروجين كوقود ، ونوضح كل فوائد استخدامه ، ونتطرق لـ كل العقبات التي نواجهها خلال استعمال هذا الغاز. .
وقود غاز الهيدروجين
المحتويات
وقود الهيدروجين (بالإنجليزية: Fuel Hydrogen) هو وقود نظيف لأنه عندما يتم حرق الهيدروجين كوقود ، فإن احتراقه لا يسبب انبعاثات ضارة في البيئة ، فقط من احتراق المياه ، والهيدروجين هو العنصر الأكثر شيوعًا على الأرض ، مما يجعله خيارًا. إنه بديل جيد للوقود الأحفوري ، ولكن نظرًا لأن الهيدروجين النقي لا يحدث بشكل طبيعي بكميات واسعة على الأرض ، فإنه غالبًا ما يتطلب مدخلات طاقة أولية لإنتاجه صناعيًا وعلى نطاق واسع بحيث يمكن إنتاج وقود الهيدروجين من الميثان أو عبر التحليل الكهربائي للماء ، ووقود الهيدروجين فعال. إنها عالية جدًا في الاحتراق ، لأن طاقة كيلوغرام واحد من غاز الهيدروجين تساوي تقريبًا نفس الطاقة في 2.8 كيلوغرام من وقود البنزين ، وهذا بالنظر لـ أن كفاءة الهيدروجين كوقود تقارب ثلاثة أضعاف كفاءة البنزين كوقود والهيدروجين له كثافة طاقة حجمية منخفضة ، ويتم تخزين المزيد و يتم تصديره بتكلفة أقل ويمكن استعمال الهيدروجين لتشغيل مجموعة من وسائل النقل والمركبات المختلفة ، ويمكن أيضًا تخزينه ونقله بكثافة طاقة عالية في شكل سائل أو غاز.[1]
طريقة إنتاج وقود الهيدروجين
الهيدروجين هو غاز موجود بشكل كبير في الطبيعة ، ولكنه نادرًا ما يوجد في شكله النقي ، ولإنتاج الهيدروجين في شكله النقي ، نحتاج لـ الكثير من التفاعلات والعمليات الكيميائية حيث يمكن إنتاج وقود الهيدروجين بعدة عمليات متعددة ، وهذه العمليات هي:[2]
العمليات الحرارية
العمليات الحرارية هي العمليات التي تتطلب بخارًا بدرجة حرارة عالية جدًا لإنتاج وقود الهيدروجين ، حيث يتفاعل البخار مع الوقود الهيدروكربوني والهيدروجين النقي وهذه الأنواع من الوقود الهيدروكربوني هي الغاز الطبيعي والديزل والوقود السائل المتجدد والفحم. ينتج حوالي 95٪ من كل الهيدروجين من إعادة التشكيل البخاري للغاز الطبيعي.
العمليات الكهروضوئية
العمليات الكهروضوئية (عمليات التحليل الكهربائي) ، عملية التحليل الكهربائي التي يتم فيها تقسيم الماء لـ أكسجين وهيدروجين ، وتتم عمليات التحليل الكهربائي في محلل كهربائي يعمل مثل خلية وقود ، وبدلاً من استعمال طاقة جزيء الهيدروجين هذا ، حيث ينتج المحلل الكهربائي الهيدروجين من جزيئات الماء.
عمليات تعمل بالطاقة الشمسية
حيث تستخدم العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية الضوء كعامل لإنتاج الهيدروجين ، وهناك الكثير من العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين ، مثل:
- عمليات التمثيل الضوئي: حيث تستخدم عمليات التمثيل الضوئي النشاط الضوئي الطبيعي للبكتيريا والطحالب الخضراء لإنتاج الهيدروجين.
- العمليات الكيميائية الضوئية: تستخدم العمليات الكهروكيميائية الضوئية أشباه موصلات خاصة لفصل الماء لـ هيدروجين وأكسجين.
العمليات البيولوجية
العمليات البيولوجية هي العمليات التي تستخدم الميكروبات مثل البكتيريا والطحالب الدقيقة التي يمكن بواسطتها إنتاج الهيدروجين عبر هذه التفاعلات البيولوجية ، وهناك نوعان من هذه العمليات:
- تحويل الكتلة الحيوية الميكروبية: حيث تتحلل الميكروبات والمواد العضوية مثل الكتلة الحيوية أو مياه الصرف لإنتاج الهيدروجين.
- عمليات التمثيل الضوئي: تستخدم الميكروبات ضوء الشمس كمصدر للطاقة ولإنتاج الهيدروجين.
مزايا وعيوب استعمال الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي
هناك الكثير من الفوائد لاستخدام الهيدروجين كوقود بديل للوقود الأحفوري ، ولكن هناك أيضًا عقبات تجعل من الصعب استعمال هذا الوقود على نطاق واسع.[3]
فوائد استعمال الهيدروجين كوقود
- طاقة آمنة: حيث يمكن إنتاج الهيدروجين من مصادر مثل الغاز الطبيعي والفحم والطاقة الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية ، فكلها طاقة آمنة ونظيفة ومتجددة ولا تضر بالبيئة.
- الصحة العمومية والبيئة: حيث تعتبر الانبعاثات من مركبات البنزين والديزل المستخدمة اليوم ، مثل أكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات ، مصدرًا رئيسيًا للتلوث والاحتباس الحراري ، لكن وقود الهيدروجين لا ينبعث منه أي انبعاثات ضارة ، حيث إن انبعاثات وقود الهيدروجين تنبعث منها المياه فقط.
- مخزون الوقود: حيث يعتبر الهيدروجين أحد أكثر العناصر شيوعًا في العالم.
معوقات استعمال الهيدروجين كوقود
- الهيدروجين على كوكب الأرض غير نقي ويحتاج لـ عمليات تفصله عن المركبات الكيميائية المختلفة.
- انشاء عدة محطات لتزويد وقود الهيدروجين السائل أو الغازي.
- يعد فصل الهيدروجين عن المركبات المختلفة حاليًا مكلفًا للغاية.
- الهيدروجين الغازي ذو ضغط مرتفع وثقيل للغاية ، مما يجعل نقله من مكان لـ انتهاء مكلفًا.
في انتهاء هذا المقال سنتعرف على فوائد وحواجز استعمال الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي ، وتحدثنا عن أهم الطرق والعمليات المستخدمة لإنتاج الهيدروجين وشرحنا بالتفصيل ما هو وقود الهيدروجين.
المراجع
- ^
shell.com ، وقود الهيدروجين ، 28.11.2020
- ^
energy.gov ، أساسيات وقود الهيدروجين ، 28.11.2020
- ^
afdc.energy.gov ، فوائد الهيدروجين ، 28.11.2020
