الأمونيا الخضراء.. خيار الوقود النظيف للشحن والنقل لمسافات طويلة

في إطار السباق العالمي نحو التحول إلى الطاقة النظيفة، أصبح إنتاج الأمونيا الخضراء من المشروعات العالمية الطموحة في هذه الآونة، نظرًا لأهميته الكبيرة في مختلف القطاعات، خاصة النقل.

واستعرض مقال بعنوان "الأمونيا الخضراء: المسار الصخري لوقود جديد نظيف" لمحرر الشؤون التقنية، لوز بلاين، نشره موقع نيو أتلاس، المتخصص في تقنيات الطاقة الحديثة، جوانب إنتاج الأمونيا الخضراء واستخداماتها بصفة وقود نظيف في قطاع النقل والشحن.

وقال كاتب المقال، إنه مع تقدُّم السباق نحو الحياد الكربوني بحلول عام 2050، تبدو الأمونيا خيار وقود نظيف وقوي للشحن والنقل بالشاحنات لمسافات طويلة.

وأضاف أنه رغم تعذُّر إزالة الكربون من قطاع الشحن لمسافات طويلة، ستشقّ الأمونيا الخضراء طريقها لتحقيق هذه الغاية.

ما هي الأمونيا؟

بيَّن كاتب المقال، لوز بلاين، أن الأمونيا -بالمفهوم الكيميائي- تُعدّ جُزيئًا يتكون من 3 ذرات هيدروجين، وترتبط كل منها بذرّة نيتروجين مركزية واحدة.

وأشار إلى أن كليهما يُعدّ عنصرًا شائعًا للغاية، لأن الغلاف الجوي للأرض يتكوّن في الغالب من نيتروجين، ويمثّل الهيدروجين العنصر الأكثر وفرة في الكون، وهذا لا يعني أنه من السهل إنتاجه، لكن المساعي مستمرة وواعدة.

وأوضح أن الأمونيا غاز كريه الرائحة بدرجة غليان تصل إلى -33.3 درجة مئوية، تحت الضغط الجوي، أمّا إذا كانت باردة أو تحت ضغط معتدل، فمن السهل نسبيًا تسييلها، ما يجعل نقلها وتخزينها بصفة وقود أخضر أسهل بكثير من الهيدروجين.

وقال، إنه يمكن نقلها أو الاحتفاظ بها في خزّانات، وهي رخيصة مثل الرقائق، بينما يُعدّ الهيدروجين أغلى بنحو 30 مرة في التخزين.

وألمح الكاتب إلى أن الأمونيا تقوم بعمل جيد في تخزين الهيدروجين من غاز الهيدروجين نفسه، ويشتهر غاز الهيدروجين بتسرُّبه بعيدًا عبر الجدران المعدنية للحاويات، وبتقشير الحديد الصلب المتلامس معه، وباستهلاك الكثير من الطاقة للتسييل في درجات حرارة شديدة البرودة.

وذكر أن الأمونيا خطرة على البشر، لأنها مادة كاوية بتركيزات عالية، وتُصنَّف على أنها "مادة شديدة الخطورة" في الولايات المتحدة، إذ يُطلب الإبلاغ عن أيّ منشأة تستخدم كمية كبيرة منها.

• النرويج على أبواب تنفيذ مشروع لإنتاج الأمونيا الخضراء
• بي بي: أستراليا الغربية المكان المثالي لاستثمارات الهيدروجين والأمونيا

استخدامات الأمونيا

تُستَخدم الأمونيا اليوم بشكل متكرر في الزراعة، إمّا بصفة ملح أو في محلول، بسماد قوي يؤدي إلى تحسين غلّات بعض محاصيل الحبوب، ويمثّل هذا ما يقرب من 90% من استخدام الأمونيا التجاري في الولايات المتحدة.

يقول كاتب المقال، إن النسبة الباقية تشمل الاستخدام الصناعي وتركيب جميع مركبات النيتروجين الاصطناعية تقريبًا، إضافة لاستخدامها مادة تنظيف منزلي للأغراض العامة، واستخدامها مصدرًا للنيتروجين في عملية التخمير.

وأضاف أن الأمونيا تُستخدم كذلك مادة مضاد للميكروبات، ولا سيما لقتل بكتيريا الإشريكية القولونية في اللحم البقري الناعم المفروم.

الأمونيا وقودًا

بيّن كاتب المقال أن الأمونيا -من حيث الحجم- تحمل 15.6 ميغاجول/لتر، وهي طاقة تزيد بنسبة 70% عن الهيدروجين السائل (9.1 ميغا جول/لتر عند درجات الحرارة شديدة البرودة).

وهو ما يقرب من 3 أضعاف الطاقة، مثل غاز الهيدروجين المضغوط (5.6 ميغا جول/لتر عند ضغط 700 بار) .

أمّا من حيث الوزن، فتحتوي الأمونيا على 6250 واط في الساعة/كغم - أكثر من 20 مرة من الكهرباء الموجودة في بطاريات الليثيوم الحالية، وهي كافية للتغلب على أوجه القصور التي تظهر عند استخراج الطاقة.

وأوضح الكاتب أن الديزل، بصفته الوقود الأحفوري السائد للشحن لمسافات طويلة، يُعدّ أفضل بكثير، إذ يوفر 38.6 ميغاجول/لتر و12667 واط/كغم في دورة الاحتراق.

وأشار إلى أن هناك عدّة طرق رئيسة يمكن من خلالها استخدام الأمونيا وقودًا.

وتتمثل إحداها في إعادة "تكسيرها" في غازيْ النيتروجين والهيدروجين، ثم استخدام الهيدروجين، إمّا وقود احتراق أو لإنتاج الكهرباء عبر خلية وقود.

جدير بالذكر أن منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية (سي إس آي آر أو) الأسترالية تحسب عائدات الأمونيا بنحو 2094 واط/كغم عند تحويلها إلى هيدروجين وتشغيلها عبر خلية وقود غشاء البوليمر المنحلّ بالكهرباء.

وهذا يمثّل نحو 19% من 10 ميغاواط/ساعة/طن من الطاقة المتجددة التي يتطلبها إنتاج الأمونيا.

وقال، إن هناك خيارًا آخر، هو حرق الأمونيا مباشرة بصفة وقود احتراق، ودمجها مع الأكسجين لإطلاق الطاقة، مع غاز النيتروجين والماء، وهما منتجا العادم الوحيدان.

وهذا ليس أمرًا بسيطًا، إذ لا تحترق الأمونيا في درجات حرارة منخفضة، لذلك عادةً ما يلزم استخدام وقود احتراق آخر بالتزامن.

وأكد أنه إذا لم تجرِ إدارة عملية الاحتراق بشكل جيد، فيمكنها إطلاق كميات كبيرة من أكسيد النيتروز، وهو أحد غازات الدفيئة القوية.

وقال، إن الخيار الثالث هو استخدام الأمونيا مباشرة وقودًا لخلية وقود أكسيد صلب ذات درجة حرارة عالية (إس أو إف سي)، وتوليد الكهرباء بالنيتروجين والماء بصفة منتجات ثانوية.

وبيّن أن هذا الخيار يُعدّ أكثر كفاءة، ويعود بقدر 5510 واط ساعة/كغ، أو 50% من مدخلات الكهرباء.

وأوضح أن العيب هنا يكمن في أن تقنية خلية وقود أكسيد صلب باهظة الثمن وبطيئة نوعًا ما، مما يوفر كثافة طاقة ضعيفة، ولكن من الممكن تشغيل نظام هجين من خزّان وقود واحد، وتحويل نسبة من وقود الأمونيا إلى هيدروجين عند الحاجة إلى قوة الانفجار.

إنتاج الأمونيا التقليدي

قال كاتب المقال لوز بلاين، إن إنتاج الأمونيا حاليًا يُعدّ "عملية سيئة"، وتستهلك الكثير من الطاقة، إذ يبدأ معظم الهيدروجين المنتج اليوم بهيدروجين من غاز الميثان المعاد تشكيله بالبخار.

وأوضح أن استخراج هذا الغاز الطبيعي من الأرض يؤدي دائمًا إلى تسرّب الميثان إلى الغلاف الجوي، إذ يتحول إلى غاز دفيئة قوي بشكل لا يُصدق، ولا تستخدم عملية إعادة تشكيل البخار الكثير من الطاقة فحسب، بل تطلق أيضًا ثاني أكسيد الكربون بجزء من التفاعل.

وبيّن أن تكلفة الطاقة هنا ضخمة، عدا عن أن معظمها يأتي عادةً من الوقود الأحفوري.

ونظرًا لأن الأمونيا تنتَج بكميات هائلة، إذ تمثّل ثاني أكثر المواد الكيميائية إنتاجًا في العالم، فإنها مسؤولة حاليًا عن نحو 2% من استخدام الطاقة الأحفورية في جميع أنحاء العالم، والانبعاثات المرتبطة بها.