ما هي مزايا وعيوب استخدام الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي ، وهل يمكن الاعتماد عليه كوقود للمركبات والآلات الصناعية؟
وقود الهيدروجين
وقود الهيدروجين (بالإنجليزية: Fuel Hydrogen) هو وقود نظيف ، لأنه عندما يتم حرق الهيدروجين كوقود ، لا يؤدي احتراقه إلى أي انبعاثات ضارة في البيئة ، ولكن نتيجة احتراقه ، يتم إنتاج الماء فقط ، و الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة على سطح الأرض ، وهذا يجعله خيارًا جيدًا كبديل للوقود الأحفوري ، ولكن نظرًا لعدم وجود الهيدروجين النقي بشكل طبيعي على الأرض بكميات كبيرة ، عادةً لإنتاجه على مستوى صناعي كبير. مقياس ، بحيث يمكن الحصول على وقود الهيدروجين من الميثان أو عن طريق التحليل الكهربائي للماء ، ووقود الهيدروجين هو معدل احتراق عالي الكفاءة ، نظرًا لأن طاقة 1 كيلوغرام من غاز الهيدروجين هي تقريبًا نفس طاقة 2.8 كيلوغرام من وقود البنزين ، وهذا يشير إلى أن كفاءة وقود الهيدروجين تبلغ حوالي ثلاثة أضعاف كفاءة البنزين ، وهذا يشير إلى أن الهيدروجين يحتوي e على كثافة طاقة سائبة منخفضة ، ويتم تخزينه بشكل أكبر وتصديره بتكلفة أقل ، ويمكن استخدام الهيدروجين لتشغيل عدد من وسائط النقل والمركبات المختلفة ، ويمكن تخزينه ونقله بكثافة طاقة عالية كسائل أو الغاز.[1]
كيف يتم إنتاج وقود الهيدروجين
الهيدروجين غاز يتواجد بكثرة في الطبيعة ، ولكن نادرًا ما يوجد في شكله النقي ، ونحتاج إلى العديد من التفاعلات والعمليات الكيميائية لإنتاج الهيدروجين النقي ، حيث يمكن إنتاج وقود الهيدروجين بعدة عمليات مختلفة ، 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 لإنتاج الهيدروجين النقي ، وهو وقود هيدروكربوني مثل الغاز الطبيعي ووقود الديزل والوقود السائل المتجدد والفحم وحوالي 95 يتم الحصول على٪ من كل الهيدروجين من إعادة التشكيل بالبخار للغاز الطبيعي.
العمليات الكهروضوئية
عمليات التحليل الكهربائي ، عملية التحليل الكهربائي التي يتم فيها تقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين ، وتحدث عمليات التحليل الكهربائي في محلل كهربي يعمل كخلية وقود ، وبدلاً من استخدام طاقة جزيء الهيدروجين ، ينتج المحلل الكهربائي الهيدروجين من جزيئات الماء.
عمليات الطاقة الشمسية
تستخدم العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية الضوء كعامل لإنتاج الهيدروجين ، وهناك العديد من العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين ، مثل:
- العمليات الحيوية الضوئية: تستخدم العمليات الحيوية الضوئية نشاط التمثيل الضوئي الطبيعي للبكتيريا والطحالب الخضراء لإنتاج الهيدروجين.
- العمليات الكهروكيميائية الضوئية: تستخدم العمليات الكهروكيميائية الضوئية أشباه موصلات خاصة لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين.
العمليات البيولوجية
العمليات البيولوجية هي العمليات التي تستخدم الميكروبات مثل البكتيريا والطحالب الدقيقة التي يمكن أن تنتج الهيدروجين نتيجة لهذه التفاعلات البيولوجية ، وهناك نوعان من هذه العمليات:
- تحويل الكتلة الحيوية الميكروبية: عندما تتحلل الميكروبات والمواد العضوية ، مثل الكتلة الحيوية أو مياه الصرف الصحي ، لإنتاج الهيدروجين.
- العمليات الحيوية الضوئية: تستخدم الميكروبات ضوء الشمس كمصدر للطاقة ولإنتاج الهيدروجين.
مزايا وعيوب استخدام الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي
هناك العديد من المزايا لاستخدام الهيدروجين كبديل للوقود الأحفوري ، ولكن هناك أيضًا عيوب يمكن أن تجعل هذا الوقود صعب الاستخدام على نطاق واسع.[3]
مزايا استخدام الهيدروجين كوقود
- تأمين الطاقة: يمكن إنتاج الهيدروجين من موارد مثل الغاز الطبيعي والفحم والطاقة الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية. وتعتبر جميعها مصادر طاقة آمنة ونظيفة ومتجددة ولا تضر بالبيئة.
- الصحة والبيئة: 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 في البيئة ، حيث إن انبعاثات الهيدروجين وقود فقط الماء.
- احتياطيات الوقود: الهيدروجين هو أحد أكثر العناصر وفرة على سطح الأرض.
معوقات استخدام الهيدروجين كوقود
- الهيدروجين الموجود على الأرض ليس نقيًا ويتطلب عمليات تفصله عن المركبات الكيميائية الأخرى.
- إنشاء عدد كبير من المحطات لتزويد الوقود الهيدروجيني بشكل سائل أو غازي.
- أصبح فصل الهيدروجين عن المركبات الأخرى الآن مكلفًا للغاية.
- الهيدروجين في حالته الغازية تحت ضغط عالٍ وثقيل للغاية ، مما يجعل نقله من مكان إلى آخر مكلفًا.
في نهاية هذا المقال تعرفنا على مزايا وعيوب استخدام الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي ، كما ذكرنا أهم الطرق والعمليات المستخدمة لإنتاج الهيدروجين ، وشرحنا بالتفصيل أن الهيدروجين الوقود.