التقارير تقارير الغاز تقارير النفط تقارير الهيدروجين رئيسية غاز نفط هيدروجين وحدة أبحاث الطاقة

ألياف الكربون.. 4 معلومات عن تقنية متوقع استخدامها في تخزين الهيدروجين

وحدة أبحاث الطاقة - أحمد عمار

2022-04-02

0 3٬679

ألياف الكربون اكتُشفت منذ عام 1860 لكن الاهتمام تزايد بها مؤخرًا
التكاليف المرتفعة لتصنيع ألياف الكربون تسببت في بطء انتشارها
قطاع السيارات يُبدي اهتمامًا بألياف الكربون بالنظر إلى مميزاتها
ألياف الكربون مادة رقيقة للغاية أخف من الألومنيوم وأقوى من الفولاذ
أرامكو السعودية تسعى لتصبح لاعبًا رئيسًا بإنتاج ألياف الكربون

تعمل شركة أرامكو السعودية على تطوير تقنيات تعتمد على ألياف الكربون والبوليمرات لاستخدامها في تطبيقات كصهاريج لتخزين الهيدروجين، فما هذه التقنية؟

وعلى الرغم من أن هذه التكنولوجيا مُكشتفة منذ عام 1860، فإنها لم تستخدم لقرابة نصف قرن من الزمن، وفق ما نقلته أرامكو، وهي أكبر شركة منتجة للنفط في العالم من حيث القيمة السوقية.

ومع ذلك، شهدت ألياف الكربون اهتمامًا متزايدًا وبخاصة في قطاع السيارات، فالبلاستيك المكون من تلك المادة يُعد أخف وزنًا من الفولاذ، بحسب تقرير لشركة أرامكو تناول ذلك النوع باعتباره "معجزة هندسية".

إذًا ما هي ألياف الكربون؟

في عام 1860، اكتشف العالم البريطاني، جوزيف ويلسون سوان، الألياف الكربونية لاستخدامها في مصابيح الإنارة البدائية شديدة التوهج، كونها مادة قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية، ما جعل منها موصلًا كهربائيًا مثاليًا.

ومع حلول أوائل القرن العشرين لم تستخدم تلك المادة لنحو 50 عامًا تقريبًا، إذ أصبحت مادة "التنجستن" التي تستخدم في صناعة الأسلاك المتوهجة بالمصابيح الكهربائية هي الخيار الأمثل المستخدم في مصباح الإنارة.

وتُعرف الألياف الكربونية بأنها مادة رقيقة جدًا أخف من الألومنيوم، وأقوى من الفولاذ، وهو ما اعتبرتها العديد من الصناعات مادة تصنيع مثالية لها.

وتتكوّن ألياف الكربون -بحسب أرامكو- من بوليمرات عضوية اصطناعية تسمى "بولي أكريلونيتريل"، وتتشكّل من ذرات كربون طويلة ومترابطة بإحكام، تُسمى خيوطًا أو سلاسل.

ولكل شركة أو مصنع ينتج تلك المادة بصمته الخاصة في تصميم خصائصها، ولذلك هناك احتمالية كبيرة بأن طرق الإنتاج تكون سرية للغاية وخاضعة لحماية شديدة.

قطاعات يزداد اهتمامها بالتقنية

طاقة الرياح — مزرعة لتوليد الرياح في جمهورية أيرلندا

بعد توقف استخدامها مدة من الزمن، عاد الاهتمام بالألياف الكربونية في العديد من القطاعات لتميزها بخفة وزنها وقوتها، وهو الأمر الذي يبرز واضحًا في قطاع السيارات.

ويعدّ خفض وزن السيارة مهمًا في تقليل استهلاك الوقود، ما يُسهم في تقليل انبعاثات الكربون، وذلك دون المساس بالأداء والسلامة.

ورغم تميز الألياف الكربونية بخفة وزنها، فإنها تتمتع بقوة وصلابة أعلى مقارنة بالمعدن، بالإضافة إلى سرعة تركيبها ومناعتها ضد التآكل وانخفاض تكاليف صيانتها وتشغليها ما يجعلها مادة اقتصادية بشكل أكبر.

وأسهمت هذه المزايا في أن تلك المادة أصبحت تُستخدم على نطاق واسع في قطاعات الطاقة المتجددة والطيران والفضاء.

ووفقًا للمعلومات المنشورة على موقع أرامكو، فإن من أبرز الصناعات التي تستخدم تلك المادة حاليًا، هي صناعة إطارات الدراجات الهوائية الفخمة، وسيارات سباقات فورمولا، وكذلك شفرات توربينات الرياح، والطائرات المسيرة، وأجنحة الطائرات، ومكونات السيارات.

وفي السياق نفسه، يستخدم قطاع النفط والغاز الألياف الكربونية، بهدف تقوية خطوط الأنابيب، وتغليف آبار النفط، بالإضافة إلى تقليل عمليات التآكل.

ورغم اعتماد بعض القطاعات على المواد المعززة بالألياف الكربونية، فإن التكاليف المرتفعة في تصنيعها تسببت في بطء انتشارها.

وتوضح أرامكو أن السبب الرئيس وراء ارتفاع سعر الألياف الكربونية هو أن عملية الإنتاج تستخدم كمًا هائلًا من الطاقة، إذ يتعين على الأفران التي تنقيها الوصول إلى درجة حرارة 2730 فهرنهايت (1500 درجة مئوية).

ولذلك يُعد تخفيض تكلفة إنتاج الألياف الكربونية أو المنتجات المعززة بها، لتصبح في متناول جميع القطاعات، حلًا رئيسًا في انتشار تلك التقنية واعتمادها بشكل واسع.

مساعي أرامكو

تسعى شركة أرامكو السعودية إلى أن تصبح لاعبًا رئيسًا في إنتاج تلك المادة، ومن هنا تعمل الشركة مع عدد من الشركاء على خفض تكلفة تصنيع درجات معينة من الألياف الكربونية بنسبة 50%.

ولذلك، تستهدف أرامكو السعودية في الوقت الحالي عبر مشروعات بحثية، تقليل المخاوف من تلك التكلفة المرتفعة والبحث عن منتجات مصنوعة من ألياف الكربون منخفضة التكلفة.

ومنذ عام 2017، تستخدم أرامكو السعودية المواد المركبة المعززة بالألياف الكربونية في عدد من أعمال الشركة، كخطوط الأنابيب.

وفي عام 2018، استخدمت الشركة أنبوبًا مترابطًا غير معدني معززًا بالألياف الكربونية، يعرف بأنبوب اللدائن الحرارية المصنوعة كأنبوب رفع لفوهة البئر.

ويُشار إلى أن أنابيب الرفع إلى فوهات الآبار تُعرف بأنها نوع من شبكات الأنابيب المهمة لفتح البئر النفطية المحفورة حديثًا في الوقت المحدد.

وفي عام 2020، نجحت أرامكو السعودية من خلال اختبار أنبوب راتنج مُقوّى بالحرارة ومعزز بالدمج في الألياف الكربونية، في تقليل الشحنات الكهروستاتيكية التي تتراكم؛ بسبب نقل المنتجات المكررة مثل الديزل، وذلك مقارنة بتراكمها في الأنابيب غير المعدنية.