ابتكار تقنية جديدة لإنتاج الهيدروجين الأخضر
طقس العرب - يعتبر إنتاج الهيدروجين الأخضر حلاً مثاليًا لتوفير الكهرباء النظيفة ونقلها بفعالية إلى جانب دوره كوقود للسيارات وتلبية متطلبات الصناعة بأنواعها المختلفة، ويمكن استفادة من هذا الوقود المنخفض الكربون أيضًا في المناطق النائية وأغراض صناعية أخرى عبر استغلال غاز الأكسجين (المكون الآخر للهيدروجين في جزيء الماء)، في المستشفيات النائية وهذا يعكس التقدم الكبير الذي أحرزته تكنولوجيا الهيدروجين الأخضر وفرصها المتعددة لتحقيق استدامة بيئية واقتصادية في المناطق عديدة.
إنتاج الهيدروجين الأخضر والكهرباء المستدامة
يعكس إنتاج الهيدروجين الأخضر تحقيقًا مهمًا للجهود البحثية العالمية التي تسعى إلى ابتكار وسائل اقتصادية لإنتاج هذا الوقود النظيف، الذي يُنظر إليه على أنه مستقبل الكهرباء المستدامة وفقا لتقرير نشره موقع CHEM EUROPE.COM؛ نظرًا لإمكانيته في:
- تحقيق تنمية صناعية خالية من الانبعاثات
- وتوفير فرص عمل
- ورفع مستوى المهارات
- وتعزيز أمان الطاقة
- يمكن أن يسهم في تعزيز التجارة العالمية للهيدروجين وتعزيز التنوع الاقتصادي
تطوير تقنيات جديدة لإنتاج الهيدروجين الأخضر بكفاءة عالية
، يعمل الباحثون حول العالم جاهدين على تطوير وسائل جديدة لإنتاج الهيدروجين الأخضر بكفاءة، وهو وقود يؤدي دورًا حيويًا في تقليل استهلاك الوقود الأحفوري، ويتم تحقيق ذلك بشكل أفضل عندما يتم إنتاج الهيدروجين باستخدام الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة.
وعلى الرغم من ذلك، يظل العديد من الأساليب الحالية لإنتاج الهيدروجين الأخضر تكنولوجياً غير مجدية من الناحية التجارية ومكلفة جدًا، مما يحد من انتشاره في التطبيقات المختلفة.
وفي هذا السياق، قدم فريق من الباحثين في جامعة توبنغن الألمانية نوعًا جديدًا من الألواح الشمسية عالية الكفاءة؛ حيث إنها تمكنت من إنتاج الهيدروجين الأخضر بطريقة لامركزية، مما يسمح باستخدامها في تطبيقات صناعية متعددة.
وعندما يتم إنتاج الهيدروجين باستخدام عملية تحليل الكهرباء للماء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، يشار إليه عادة بـ "الهيدروجين الأخضر"، وذلك بفضل طريقة إنتاجه الصديقة للبيئة.
الميزة البارزة لهذه الألواح الشمسية هي عدم الحاجة إلى دائرة كهربائية خارجية، وهذا يتفوق على الخلايا الشمسية الكهروضوئية من حيث البساطة والكفاءة، وهذا النهج الإبداعي يزيد توجيه الأنظار إلى تقنيتها ومرونتها المتزايدة، مما يجعلها ربما أكثر فعالية من حيث التكلفة، ويُظهر هذا التقدم الباهر كيف يمكن للبحث العلمي تحقيق إنجازات تُعدّ بمثابة إعجاز في مجال تقنيات إنتاج الهيدروجين من المياه.
أبرز التحديات التي تواجهنا في تطوير تقنية إنتاج الهيدروجين الأخضر
رغم تقدمنا الكبير في تطوير تقنية إنتاج الهيدروجين الأخضر، إلا أن التحدي الأكبر الذي نواجهه يأتي من العيوب البلورية الصغيرة التي تظهر خلال نمو طبقات الألواح الشمسية، وتلك العيوب البلورية الصغيرة تؤدي إلى تغيير في البنية الإلكترونية للنظام، مما ينعكس سلبًا على كفاءة واستقراره وبحسب رئيس فريق البحث في جامعة توبنغن، الدكتور ماتياس ماي:
"ما يزال التآكل الذي يهدد استقرار الألواح الشمسية في المياه على المدى البعيد، هو التحدي الأكبر".
وأضاف ماي قائلاً:
"حققنا -الآن- تقدمًا كبيرًا مقارنة بأبحاثنا السابقة"، في تصريحات رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.
إن تصميم الخلايا الشمسية الجديدة يعتبر ابتكاريًا وفعالًا على نحو خاص؛ حيث إن معدل الكفاءة للخلية يشير إلى النسبة المئوية للكهرباء التي يمكن توليدها من ضوء الشمس وتحويلها إلى طاقة هيدروجينية قابلة للاستخدام، وحقق الفريق البحثي معدل كفاءة يبلغ 18%، وهو ثاني أعلى قيمة تسجل إطلاقا لتحليل المياه مباشرة باستخدام الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية.
ويجدر بالذكر أن أول معدل كفاءة كبير لتحليل المياه عن طريق الطاقة الشمسية تم الإعلان عنه في عام 1998 من قبل المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في الولايات المتحدة، حيث كانت نسبته 12% حينئذ ومن ثم، شهدنا ارتفاعًا ملحوظًا في هذا المعدل حيث وصل إلى 14% في عام 2015، ثم 19% في عام 2018.
نجاح تقنية الألواح الشمسية في إنتاج الهيدروجين الأخضر
أظهرت العديد من المشروعات السابقة في جامعات أخرى قدرة تقنية الألواح الشمسية هذه على النجاح التجاري، حتى في وجود بعض القيود البسيطة خلال عملية إنتاج الهيدروجين الأخضر.
وبخصوص هذا الأمر، أشارت المؤلفة الرئيسية للدراسة، إيريكا شميت قائلة:
"إلى أن ما طورناه هنا هو تقنية لإنتاج الهيدروجين الأخضر التي لا تستلزم -إطلاقا- اتصالًا عالي الأداء بشبكة الكهرباء، وهذا يعني أن الحلول الدائمة الصغيرة والمستقلة لإمدادات الكهرباء يمكن تصوّرها أيضًا".
وبالتعاون مع معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية (ISE)، جُمِعت الجهود لتضمين الإبداعات في مشروع H2Demo، وتتضمن الخطوات القادمة تحسين الاستقرار على المدى البعيد، والتحول إلى نظام مواد قائم على السيليكون أكثر كفاءة من حيث التكلفة، وزيادة نطاق التطبيق ليشمل مساحات أكبر.
اعرف أيضا:
السعودية تعلن عن تجربة أول قطار يعمل بالهيدروجين في الشرق الأوسط
الأردن مركز لتصدير الهيدروجين الأخضر
المصادر: