وقود الهيدروجين

يجب التفرقة بين الطاقة الهيدروجينية الناتجة عن ترويض القنبلة الهيدروجينية ذات الاندماج النووي و طاقة الهيدروجين أو تكنولوجيا الهيدروجين الناتجة عن الاتحاد الكيميائي بين الهيدروجين والأكسجين في خلايا الوقود لإنتاج التيار الكهربي.[1][2][3]

اشكال للحقل المغناطيسي في المفاعل الهيدروجيني التجريبيتوكاماك.

سيكون الهيدروجين بحق الوقود الأبدي الذي لا ينفد مع مر العصور، كما أنه العنصر الوحيد الذي لا ينتج عند احتراقه أي انبعاثات ضارة للبيئة، بل إن الانبعاثات الصادرة عنه هي كل ما نسعى إليه مثل الكهرباء أو الحرارة أو الماء النقي! إننا على أعتاب انقلاب اقتصادي وسياسي جديد قوامه الهيدروجين، انقلاب سيحدث تغييرا جذريا في طبيعة الأسواق المالية والظروف السياسية والاجتماعية، تماما مثلما فعل الفحم والبخار عند بداية عصر الصناعة.

وتعني الطاقة الهيدروجينية الطاقة العظيمة الناتجة عن الاندماج النووي. بعد أن استطاع الإنسان التفجير النووي في الحرب العالمية الثانية ضد اليابان بقنبلتي هيروشيما ونجازاكي، ونجح الاتحاد السوفييتي أيضا في الوصول إلى تلك التكنولوجيا الرهيبة، بدأت الولايات المتحدة مشروع لإنتاج قنبلة أكبر من القنبلة الذرية وإنتاج القنبلة الهيدروجينية. وتسابق كل من الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي على صنع قنابل من هذا النوع أكبر. وبينما كانت قنبلة هيروشيما تقدر قوتها ب 20.000 طن من متفجر TNT، توصلت أمريكا والسوفييت إلى قنابل هيدروجينية تقدر قوتها وقدرة تدميرها بملايين الأطنان من تي إن تي.

بعد ذلك بدا التفكير في ترويض القنبلتين الذرية والهيدروجينية. ونجح الإنسان في بناء المفاعلات النووية التي تنتج الطاقة الكهربائية. وتوجد في العالم اليوم نحو 750 مفاعل لإنتاج الطاقة الكهربائية من الطاقة النووية المخزونة في اليورانيوم. وبالمثل تحاول الدول في رويض الطاقة الهيدروجينية وتسخيرها لتوليد الطاقة الكهربائية.

تعريفه

وقود الهيدروجين هو ببساطة غاز الهيدروجين H2. وسبب كون غاز الهيدروجين وقود نظيف هو لأنه عندما يحترق لا يطرح غاز ثاني اوكسيد الكربون بل يتأكسد إلى بخار ماء وهو غير مؤذي وغير سام. غاز الهيدروجين يتميز عن الوقود الاحفوري كونه لا يأتي من مصادر طبيعية فلذلك يكون غير مصاحب مع مركبات كبريتية ولا مع معادن ثقيلة فتكون معدات الاحتراق الداخلي مصممة لوقود نظيف غير ملوث ولا يؤذي حجرات الاحتراق بوجود ترسبات كبريتية أو معدنية أو يقلل كفاءة الاحتراق. القيمة الحرارية للهيدروجين التي تعمد عليها تفاعلات الاكسدة والاختزال هي  HHV=142 Mj/Kg. كما يستخدم الهيدروجين المنتج في خلايا الوقود في جزء الأنود حيث تتحرر الالكترونات والبروتونات وتنتقل كل منهما إلى الكاثود بأتجاهين متعاكسين حيث تنتقل البروتونات (ايونات الهيدروجين) عبر الغشاء  PEM أو عن طريق جسر ملحي بينما تنتقل الالكترونات عبر دائرة كهربائية خارجية لتنتج الكهربائية المستمر.DC

مميزات غاز الهيدروجين كوقود

• وقود نظيف لا ينتج ثاني اوكسيد الكاربون.

• لا يحتوي مركبات كبريتية ومعادن ثقيلة فهو لا يستخرج من مصدر طبيعي احفوري.

• قيمة حرارية عالية.

• كهربائية فعالة بفضل خلايا الوقود.

لكن هناك سلبيات بالمقابل للمميزات وهي:

• مسألة الخزن فهو غاز يحترق بدرجات حرارة منخفضة وغالبا ينفجر بدرجة حرارة الغرفة.

• انتشاريته العالية تتطلب خزانات محكمة تتحمل ضغوط عالية.

• كثافته قليلة جدا فكتلة الهيدروجين المطلوب خزنه تحتاج مستوعبات خزن تعادل 14 مرة مستوعبات الخزن الخاصة بالغاز الطبيعي وتم حل مشاكل الخزن بالضغط والتبريد وهذا بدوره يحتاج طاقة عالية.

يتم تصنيع غاز الهيدروجين بعدة طرق منها

• التحليل الكهربائي للماء فتنتج كمية حجمية من غاز الهيدروجين ضعف كمية الاوكسجين.

• اكسدة المعادن باستخدام بخار الماء مثل اكسدة الحديد لأنتاج اوكسيد الحديد الرباعي وهي طريقة قديمة جدا وذلك بإمرار بخار ماء ساخن بضغط عالي على قضيب حديدي كما في التفاعل لآتي:

3Fe+ 4H2O↔ Fe3O4+ 4H2

الطريقة البيتروكيمياوية وهي الطريقة الشائعة خصوصا في البلدان الغنية بالنفط وممكن استخدام المواد العضوية المتخلفة مكان النفط حيث تستخدم steam cracker  وهو تكسير حراري باستخدام بخار بضغوط عالية فيتحرر غاز الهيدروجين واهم معدة مستخدمة في هذه العملية هي فرن التكسير الحراري. وناتج العملية الخاصة بالتكسير الحراري البخاري للمادة الهيدروكاربونية يسمى Syngas حيث يتكون من غاز الهيدروجين وغاز احادي اوكسيد الكاربون واللذان يستخدمان في صناعات مهمة جدا والتفاعل كالآتي:

CnHm + nH2O → nCO)+(m + 2n)/2)H2

• طريقة التحلل الحراري بمعزل أو بوفرة قليلة من الهواء Gasification حيث يتم إنتاج غاز احادي اوكسيد الكاربون وغاز الهيدروجين بحرق أي مادة هيدروكاربونية بمعزل عن الهواء مثلا التحلل الحراري لغاز الميثان:

2CH4+ O2→ 2CO+4H2

هناك الكثير من المطالبات الدولية والمؤسساتية باستخدام غاز الهيدروجين كبديل للغاز الاحفوري لما يحمله استخدامه من قلة الملوثات وكمية الطاقة التي يحررها سواء اكانت حرارية أو كهربائية.

انظر أيضا

مراجع
  1. Wang, Feng (مارس 2015)، "Thermodynamic analysis of high-temperature helium heated fuel reforming for hydrogen production"، International Journal of Energy Research، 39 (3): 418–432، doi:10.1002/er.3263.
  2. Colella, W.G. (أكتوبر 2005)، "Switching to a U.S. hydrogen fuel cell vehicle fleet: The resultant change in emissions, energy use, and greenhouse gases."، Journal of Power Sources، 150 (1/2): 150–181، Bibcode:2005JPS...150..150C، doi:10.1016/j.jpowsour.2005.05.092.
  3. Zubrin, Robert (2007)، Energy Victory: Winning the War on Terror by Breaking Free of Oil، Amherst, New York: Prometheus Books، ص. 121، ISBN 978-1-59102-591-7.
  • بوابة طاقة متجددة
  • بوابة طاقة
  • بوابة هندسة
  • بوابة طبيعة
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.