الهيدروجين الأخضر : كيف يتم إنتاج وقود المستقبل

الهيدروجين الأخضر هو الاقتصاد الأخضر المسيطر على ساحة الاقتصاد العالمي، وأعلنت الكثير من الدول عن المشاريع الوطنية المتعلقة به لدمجه كمصدر للطاقة، والمصدر الأساسي لإنتاجه حاليًا هو الغاز الطبيعي، ولكن يمكن استخلاصه من عمليات كيميائية أخرى، مثل الكتلة الحيوية، والوقود الأحفوري، والمياه، أو من خلال مزج مكونات أخرى مع بعضها.

ما هو الهيدروجين الأخضر

يعتبر وقود المستقبل، فهو نوع من الوقود ينتج من التحليل الكهربائي للماء بواسطة الطاقة المتجددة، وفيما يلي أبرز المعلومات عنه:

• يحتوي على انبعاثات كربونية قليلة مقارنة بالهيدروجين الرمادي.
• يشتمل على نحو ثلاثة أضعاف الطاقة الناتجة عن الوقود الأحفوري، وبالتالي كفاءته تكون أعلى.
• يضاعف الكهرباء، حيث يمكن إنتاج معدل أكبر من الكهرباء من خلال إنتاجه ببعض الماء، ونسبة قليلة من الكهرباء.
• أفضل من الهيدروجين الرمادي، والذي ينتج من خلال إعادة تشكيل الغاز الطبيعي بالبخار.
• يمكن استخدامه في القطاعات المستدامة، مثل صناعة الصلب، حيث يمكن استخدام الهيدروجين الأخضر كبديل للفحم، وانبعاثاته ستكون أقل.

كيف يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر

يتم توليد الهيدروجين الأخضر بالطاقة المتجددة، أو من طاقة تكون نسبة الكربون بها منخفضة، وفيما يلي توضيح لذلك:

• يتم إنتاجه سنويًا بمعدل مائة وعشرون طنًا على المستوى العالمي.
• يمكن إنتاجه من الماء، عن طريق فصل الماء بالتحليل الكهربائي، وذلك من خلال تمرير تيار كهربائي بها، لفصل الهيدروجين عن الأكسجين، ويتم تطاير الأكسجين في الهواء، واستخراج الهيدروجين.
• ما يجعل الهيدروجين أخضر هو ما يتم فعله عند توليد الكهرباء لعملية فصل الماء بالتحليل الكهربائي.
• ويفضل استخراج الهيدروجين بواسطة التحليل الكهربائي للماء، لأن الطرق الأخرى لاستخراج الهيدروجين تكون انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
• يتم إنتاج أقل من 0.1% عالميًا منه بواسطة التحليل الكهربائي للماء، خاصة وأن تكاليف إنتاجه من الماء منخفضة، لا سيما أن إنتاج الكهرباء المتجددة أصبح من طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

قد يهمك: مشاريع إيلون ماسك الطموحة التي فاقت الخيال

الفرق بين الهيدروجين الأخضر والأزرق

يختلف الهيدروجين الأخضر عن الأزرق في عدة جوانب، وفيما يلي أبرز الفروقات بينهما:

أولًا: الهيدروجين الأخضر

ينتج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي، وبالتالي استهلاك كميات كبيرة من الكهرباء، وفيما يلي مزيد من التفاصيل عنه:

• من خلال التحليل الكهربائي، يتم تحويل الكهرباء لهيدروجين، ثم تخزينه وتطويره لاستخدامه عند الاحتياج، ولتحفيز الطاقة المستدامة.
• الهيدروجين الأخضر يكون أكثر نقاءً، ويمكن استخدامه فور إنتاجه، مثل استخدامه في خلية وقود السيارة.
• يعتمد على عناصر الطاقة المتجددة.
• يعتبر صديق للبيئة، لأنه لا يسبب أي ضرر عليها، حيث لا يصدر عنه انبعاثات.

ثانيًا: الهيدروجين الأزرق

• الهيدروجين الأزرق يكون مستوى نقاءه أقل من الهيدروجين الأخضر، ويكفي للاستخدام الصناعي فقط.
• يعتبر وسيلة للتخلص من الكربون الموجود في الصناعة، أي أنه يساعد في تقليل ثاني أكسيد الكربون بشكل جيد، وتكلفته منخفضة نسبيًا عن الأخضر.
• يتم استخدامه لتخزين الكربون واحتجازه، مثلما يحدث في حقول الغاز الفارغة تحت قاع البحر في الشمال.
• يعتمد على الوقود الأحفوري بشكل كبير، كالغاز الطبيعي.
• يقلل انبعاثات الكربون بنسبة 90% فقط.
• ينتج الهيدروجين الأزرق من مشتقات الغاز الطبيعي، من خلال عملية إعادة تكوين غاز الميثان بالبخار الساخن بشدة.
• يشبه الهيدروجين الرمادي، فهو يخزن ثاني أكسيد الكربون في باطن الأرض، ولكنه أكثر فاعلية منه.

لماذا سمي الهيدروجين الأخضر بهذا الاسم

تمت تسميته بهذا الاسم لأنه لا ينبعث منه غازات ملوثة عند إنتاجه أو احتراقه، كما أنه نقي للغاية، وصديق للبيئة، وكذلك الآتي:

• يتم تصنيعه بفصل ذرات الماء عن ذرات الهيدروجين، ولأنه مأخوذ من الطبيعة، واستخراجه يكون بطريقة طبيعية مختلفة عن استخراج الغاز الطبيعي.
• لا يستهلك طاقة كبيرة لاستخراجه، ولا يؤدي حرقه إلى نشر أي تلوث.

سبب توقعات تنامي الهيدروجين الأخضر

من المرجح زيادة وتنامي إنتاج الهيدروجين الأخضر خلال الفترة المقبلة، وذلك نتيجة الأسباب التالية:

• زيادة قدرة الطاقة المتجددة بمعدل 40 جيجا وات خلال الفترة من 2010 إلى 2020 وسوف تتضاعف قدرة الطاقة بحلول عام 2024.
• ارتفاع معدل الإشعاع الشمسي بكافة أنحاء منطقة الشرق الأوسط، خاصة مع إطلاق العديد من مزارع الطاقة الشمسية، وتنامي المشروعات الأخرى لزيادة صناعة الهيدروجين الأخضر.
• يتوقع الخبراء انخفاض مجال الطاقة، وبالتالي فإن تكاليف إنتاج الهيدروجين الأخضر ستقل خلال الفترة المقبلة، وبالتالي تزيد الفرص الاستثمارية بنحو 600 مليار دولار.

ما هي استخدامات الهيدروجين الأخضر؟

يمكن استخدامه في الشاحنات الكهربائية والسيارات التي تعتمد على خلايا الوقود الهيدروجينية، وكذلك الاستخدامات التالية:

• مصافي الفولاذ الأخضر، التي تعتمد على حرق الهيدروجين لإنتاج الحرارة بدلًا من استخدام الفحم.
• سفن الحاويات، والتي تعتمد على الأمونيا السائلة التي تصنع بواسطة الهيدروجين.
• التوربينات الكهربائية التي تعمل بواسطة الهيدروجين، والتي تعمل على توليد الكهرباء لتثبيت شبكة الكهرباء في أوقات الذروة.
• تستخدم كبديل للغاز الطبيعي لتدفئة المنزل، والمطبخ.
• ولجأت إحدى الشركات المخصصة لصناعة وتصميم الطائرات إلى استخدامه، وإطلاق أول طائرة بواسطته في عام 2035 مع تحذيرها من استخدامه كنطاق واسع للطائرات، قبل بداية عام 2050.

إقرأ أيضاً: مشروع سولار سيتي : ثورة غير مسبوقة في مجال الطاقات المتجددة

كيف يمكن تخزين غاز الهيدروجين الأخضر؟

يعتبر الهيدروجين الأخضر مثله مثل أي غاز يمكن ضغطه وتخزينه داخل خزانات، ثم استخدامه فيما بعد، ولكن تخزينه يحتاج للآتي:

• يعتبر حجم الهيدروجين أكبر كثيرًا من حجم الهيدروكربونات الأخرى، أي أنه يساوي أربعة أضعاف حجم الغاز الطبيعي.
• تخزينه يحتاج إلى ضغط أعلى من الضغط الجوي العادي بمعدل 700 مرة.
• يحتاج إلى درجة تبريد تصل إلى 253 درجة مئوية تحت الصفر، أي أنه يقرب من الصفر المطلق.
• أي أن تخزينه وضغطه وتبريده يحتاج إلى ما يقرب من 7 دولارات لكل كيلوغرام.
• لذلك فإن خروجه من المنافسة مقارنة بأنواع الوقود الأخرى، يعود إلى غلاء تكلفة تخزينه، كما أن هناك أزمة في الأنابيب.

ما هي مميزات وعيوب الهيدروجين الأخضر؟

يعتبر غاز الهيدروجين الأخضر مثله مثل مصادر الطاقة الأخرى، فهو له إيجابيات وسلبيات، وفيما يلي توضيح لهم:

أولًا: مميزات الهيدروجين الأخضر

طاقة مستدامة، ولا ينبعث منه الغازات الملوثة عند الاحتراق أو الإنتاج، وكذلك المميزات التالية:

• من السهل تخزينه، وبالتالي يسمح بتحقيق الغرض منه في أي وقت آخر، وليس من الضروري استخدامه بعد إنتاجه فقط.
• يمكن تحويله إلى غاز اصطناعي، أو كهرباء، وبالتالي استخدامه للأغراض التجارية أو المنزلية أو في وسائل النقل، أو الوسائل الصناعية.
• يمكن مزجه بالغاز الطبيعي بنسبة تصل إلى 20%، ويمكن وضعه في نفس أنابيب الغاز، وأنابيب البنية التحتية، ويمكن تغيير عناصر شبكات الغاز لتكون متوافقة معه.

ثانيًا: عيوب الهيدروجين الأخضر

تكلفته العالية، فطاقته تكون من مصادر متجددة، وأساسية لتوليده بواسطة التحليل الكهربائي، مما يجعل تكلفته عالية، وكذلك العيوب التالية:

• استهلاكه للطاقة كبير، فإنتاجه يحتاج إلى طاقة أكثر من الأنواع الأخرى للوقود.
• يحتاج إلى اتخاذ تدابير أمان عالية، لأنه عنصر قابل للاشتعال والتقلب، ولذا فأي تسرب له يحدث انفجارات.

ما هي تكاليف إنتاج الهيدروجين الأخضر؟

يحتاج إنتاج الهيدروجين الأخضر إلى تقنية صناعية مميزة، وفي الوقت الحالي مرتفع تكلفتها، ولكن تكلفته فيما بعد ستكون كالآتي:

• من المتوقع أن تنخفض تكاليف إنتاجه بمعدل 40% في عام 2025.
• انخفضت تقنيات المحلل الكهربائي حاليًا بمعدل 50%، مقارنة بسعر السنوات الماضية.
• تنخفض تكاليف إنتاجه الفترة المقبلة بسبب التقدم التكنولوجي للمحلل الكهربائي، والقدرة على تصنيعه بسهولة.

ذات صلة: الطاقة المتجددة : مميزاتها، مصادرها وفوائدها المتعددة

ما هي الدول المصدرة للهيدروجين الأخضر؟

وفقًا لإحصائيات مؤشر “بلومبيرغ نيوز” لاقتصاد الهيدروجين بعام 2019، فإن ترتيب الدول المصدرة له كالآتي:

• السعودية: فهي الدولة الأولى عربيًا وترتيبها الخامس عالميًا للدول المصدرة له.
• أستراليا.
• اليابان.
• المغرب
• النرويج.
• كوريا الجنوبية.
• البرتغال
• مصر: حيث ارتفع إنتاج مصر للطاقة المتجددة بأكثر من 22% عن الأعوام الماضية.

مخططات الدول في إنتاج الهيدروجين

مخططات الدول في إنتاج الهيدروجين تختلف بناءً على أهدافها واحتياجاتها الاقتصادية والبيئية، فالهيدروجين هو عنصر كيميائي يمكن استخدامه كوقود نظيف ومستدام، حيث يتم إنتاجه من مصادر طاقة متجددة أو من الطاقة النووية، ومن المتوقع أن يكون الهيدروجين لعبة محورية في تحقيق أهداف الاستدامة والانتقال إلى اقتصاد منخفض الكربون.

وبعض مخططات الدول في إنتاج الهيدروجين تتمثل في:

• الإنتاج من الطاقة المتجددة: بعض الدول تركز على إنتاج الهيدروجين باستخدام الكهرومائي الذي ينتج عن طريق تحليل الماء باستخدام الكهرباء المنتجة من مصادر متجددة مثل الشمس والرياح، وهذا النوع من الإنتاج يعتبر بيئيًا نظيفًا ويحقق استدامة بيئية عالية.
• الإنتاج من الطاقة النووية: بعض الدول تدرس استخدام الطاقة النووية لإنتاج الهيدروجين، حيث يمكن استخدام الطاقة النووية لتحليل الماء واستخلاص الهيدروجين، ومع ذلك فإن هذا النوع يثير بعض المخاوف من السلامة والأمان.
• الإنتاج من الغاز الطبيعي: يتم إنتاج الهيدروجين أيضًا من الغاز الطبيعي عن طريق تحليله، ويعتبر هذا الأسلوب الأكثر انتشارًا حاليًا، ومع ذلك يجب مراعاة أثره على البيئة واستدامة المصدر.

ملاحظة: تعمل العديد من الدول حاليًا على وضع استراتيجيات لتحقيق اعتماد أكبر على الهيدروجين في قطاعات مختلفة مثل النقل والصناعة، بهدف تحسين الاقتصاد والبيئة، وهذه المخططات قد تختلف بناءً على الموارد المتوفرة لكل دولة وسياقها الاقتصادي والبيئي.

لماذا يصعب على دول أوروبا إنتاج الهيدروجين؟

يعتبر الهيدروجين الأخضر هو الحل الأمثل والبديل عن الوقود الحفري، والصناعات الأوروبية تحتاجه، ولكن لا يمكنها صناعته للأسباب التالية:

• تحتاجه الدول الأوروبية في قطاعات الكيماويات، والأسمنت، ولكن لا يمكنها إنتاجه لأنها تفتقر المساحة، وضوء الشمس اللازمين لإنتاجه.
• إنتاج الهيدروجين الأخضر يعتمد على الطاقة الشمسية، وبتقنية التحفيز الضوئي باستخدام الماء وضوء الشمس، لأن التحليل الكهربائي تقنية باهظة الثمن.
• من المستحيل ازدهار دول أوروبا بدون تنفيذ أهداف التنمية المستدامة في الدول الإفريقية.

ما هي الأسباب التي جعلت الهيدروجين الأخضر بديلًا للوقود الحفري؟

يعتبر الهيدروجين الأخضر بديلًا مميزًا عن الوقود الحفري، وذلك للأسباب التالية:

• الهيدروجين الأخضر عبارة عن طاقة يتم إنتاجها دون انبعاث لغاز ثاني أكسيد الكربون المسبب للاحتباس الحراري.
• يتم إنتاج الوقود من خلال عملية كيميائية، يتم من خلالها استخدام تيار كهربائي من طاقة متجددة، تعمل على فصل الهيدروجين عن الأكسجين، وبالتالي طاقته تكون نظيفة.
• الإنتاج العالمي منه 70 مليون طن سنويًا، ويستخدم في صناعة المواد الكيميائية، وإزالة الشوائب عند تكرير النفط، ومثله مثل الغاز والنفط.
• يخزن 3 أضعاف الطاقة من كل وحدة كتلة للبنزين التقليدي، وعند احتراقه في الهواء ينتج الماء مرة ثانية بالاتحاد مع الأكسجين.
• بحلول عام 2050، سيلبي الهيدروجين الأخضر احتياجات العالم منه بنسبة 25%.
• حجم مبيعاته السنوية سوف تصل في عام 2025 إلى نحو 770 مليار دولار.

ما هي آلية صناعة الهيدروجين من الماء؟

يوجد طريقتين لإنتاج الهيدروجين، الطريقة الأولى بواسطة الماء، والأخرى بتسخين المواد العضوية، وفيما يلي تفاصيل الطريقتين:

الطريقة الأولى

يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر من خلال الماء، والذي يتكون من معادن، وأملاح موصلة للتيار الكهربائي، حيث يتم الآتي:

• يتم الشروع في عملية التحليل الكهربائي، والذي من خلاله تنفصل جزيئات الهيدروجين عن جزيئات الأكسجين، من خلال تعبئة كلًا منهما في عبوات زجاجية، وفي درجة حرارة معينة.
• عملية التحليل الكهربائي له تتم بواسطة الطاقة المتجددة اللازمة لتوليد التيار الكهربائي، مثل الرياح، والشمس.

الطريقة الثانية

وهي تعتمد على إنتاج الهيدروجين الأخضر بواسطة تسخين المواد العضوية، حيث تتم كالآتي:

• لا يتم إنتاج الهيدروجين بصورة مباشرة، بل يتم إنتاج غاز يستخرج منه الهيدروجين، من خلال تسخين المواد العضوية كالخشب، وبعض المحاصيل الزراعية.
• حيث تسخن بعض النفايات التي تتكون من الكربون، كالنفايات الصلبة، والبلاستيك الذي لا يتم إعادة تدويره، والإطارات القديمة، والمخلفات الصلبة من محطات معالجة مياة الصرف الصحي.
• تسخن المواد العضوية على درجة حرارة تتراوح ما بين 900 إلى 1200 درجة مئوية، مع إضافة الأكسجين، ليتم إنتاج غاز مركب يستخرج منه الهيدروجين.

ما هي أهمية إنتاج الهيدروجين الأخضر؟

إنتاجه أصبح ضروريًا للحد من تدهور الحالة البيئية نتيجة عوامل التغيرات المناخية، وكذلك للأهميات التالية:

• إنقاذ كوكب الأرض من آثار التغيرات المناخية السلبية، والتي منها ذوبان الجليد، وارتفاع حرارة الأرض.
• إنتاجه يحد من الانبعاثات الكربونية.

ما هي متطلبات التطوير لإنتاج الهيدروجين الأخضر؟

يوجد بعض التحديات التي تقف في طريق صناعة وإنتاج الهيدروجين، وتحتاج إلى تطوير مرتبط بالمطالب التالية:

أولًا: تطوير استراتيجيات وطنية لصناعة الهيدروجين

لأنه حتى الآن لا يوجد استراتيجيات عملية لتطوير صناعته، والتي تتمثل في اتخاذ التدابير اللازمة التالية:

• دعم إنتاج الهيدروجين الأخضر بخطوات ملموسة للوصول إلى أهداف المنطقة في إنتاج وفرة منه.
• وضع مبادئ، وخطط توجيهية، وإنشاء مراكز لدعم مشاريع إنتاج الهيدروجين الأخضر، لمنح المشروع ديناميكية متوافقة مع إنتاج الهيدروجين الأخضر.

ثانيًا: تطوير البنية التحتية للصناعة

فصناعة الهيدروجين الأخضر في الشرق الأوسط يحتاج إلى بنية تحتية، والتي تشتمل على الآتي:

• محطات شمسية كهروضوئية.
• محولات كهربائية.
• وحدات تخزين.
• خطوط أنابيب.
• وضع أطر ولوائح لتعزيز البنية التحتية.
• دعم نمو البنية التحتية اللازمة لزيادة إنتاج الهيدروجين ومشتقاته.

ثالثًا: تحفيز الطلب على الهيدروجين

نتيجة ارتفاع سعر الهيدروجين الأخضر، وعدم دخوله ضمن اللوائح التي تدعم إنتاجه، يقل الطلب عليه، ولذلك يجب فعل الآتي:

• تطوير المبادرات التي تساعد على تحفيز إنتاجه.
• دخوله ضمن قوائم اللوائح والحوافز، وتنفيذ المشروعات لإنتاجه.

رابعاً: تطوير رأس المال

فإنتاج الهيدروجين الأخضر مفتقر لرأس المال الذي يدعم إنتاجه، بالإضافة إلى العوائق التالية:

• يواجه إنتاج الهيدروجين الأخضر تحديات متعلقة بالقوة العاملة المحلية، حيث يحتاج نمو إنتاجه إلى قوة محلية مدربة لهذا المجال.
• يجب التركيز على تطوير التكنولوجيا المحلية، مع عمل برامج ودورات تدريبية لدعم وتنمية الكفاءات والمهارات.
• دعم انتشار الشراكات التجارية والتكنولوجيا بين الحكومات، لتسريع عملية انتقال الطاقة، وتحقيق الأهداف المرجوة منها.

خامساً: وجود استراتيجيات تعاون مشتركة

فالحكومات تحتاج إلى إثبات مجال الهيدروجين الأخضر، وتطور الاستراتيجيات لبلوغ الهدف بشكل أسرع، وذلك باتباع الآتي:

• تعتمد صناعة الهيدروجين الأخضر على تحديات كثيرة تحتاج للتعاون والشراكة لتذليل العقبات، وزيادة نمو الإنتاج.
• من الضروري إجراء المناقشات، والإعلان عن الاستراتيجيات الشاملة، ودعم العمل الجماعي في منطقة الشرق الأوسط.

سادساً: وضع خرائط طريق لإنتاج الهيدروجين الأخضر

حيث يجب وضع خرائط واضحة لإنتاج الهيدروجين في دول الشرق الأوسط، وتوسيع سياسات إنتاجه، مع وضع خطة متكاملة لكيفية استغلاله، لتصبح منطقة الشرق الأوسط هي مركز تصدير الهيدروجين الأخضر في المستقبل.

الأسئلة الشائعة

وبذلك فإنه من الضروري أن يضع مطوري مشروع الهيدروجين الأخضر سبل لدعم تطوير صناعته، باعتباره من التقنيات الخضراء المبتكرة، ومن المتوقع أن يكون له دور في التحول العالمي نحوه، وتقليل الطلب على مصادر الطاقة الأخرى بحلول عام 2050، باعتباره من المشاريع التي ستحد من انبعاثات الكربون بمعدل 5 مليون طن متري سنويًا.

المصادر:

1 و 2