كيفية إنتاج الهيدروجين وتاريخ اكتشافه
أحمد بدر
يتبادر إلى أذهان المهتمين بقطاع الطاقة سؤال مهم، حول كيفية إنتاج الهيدروجين، خاصة بعد أن تصدَّر هذا الوقود عناوين الأخبار خلال العامين الأخيرين، على الرغم من أن المعلومات الفنية المتعلقة به غير متاحة لعدد كبير من الناس.
والهيدروجين يعدّ أحد أقوى بدائل النفط في حالة تطوير تقنيات استخلاصه من مصدر ما، كما إنه من المتوقع أن يكون الوقود الرئيس في المستقبل.
ويعدّ غاز الهيدروجين عنصرًا خفيفًا موجودًا في الطبيعة، وهو أخفّ بنحو 14 مرة من الهواء، لذلك كان استعماله في البداية مختلفًا عمّا نعرفه اليوم، وهو عديم اللون والرائحة، ويتوافر بكميات لا تنضب في جميع أنحاء العالم.
ويمكن حرق الهيدروجين بدلًا من البنزين في محركات السيارات، أو مزجه في خلايا الوقود مع الأكسجين لتوليد الكهرباء وتسيير السيارات.
تاريخ اكتشاف الهيدروجين
يشرح خبير الهيدروجين والصناعات الغازية لدى منظمة الأقطار العربية المصدّرة للبترول "أوابك"، وائل حامد عبدالمعطي، كيفية إنتاج الهيدروجين واستعمالاته، وذلك خلال مشاركته مؤخرًا في برنامج "أنسيات الطاقة" بموقع تويتر، ضيفًا على مستشار تحرير منصة الطاقة المتخصصة الدكتور أنس الحجي.
وبحسب خبير أوابك، لا تعدّ معرفة الإنسان بغاز الهيدروجين حديثة، إذ اكتشفه العالم البريطاني الشهير "بويل" قبل 350 عامًا، عندما وضع قطعة من المعدن في حمض، وحدث تفاعل، نتجت عنه فقاعات غازيّة، قد تشتعل إذا وُجد مصدر اشتعال، ولكنه لم يتوصل لطبيعة هذا الغاز، ولا استعمالاته وأهميته.
بعد 100 عام، جاء عالم بريطاني آخر، أجرى التفاعل نفسه، وجمع الفقاعات الغازية لاستعمالها في الاشتعال، فوجد أن هذا الاشتعال ينتج عنه تكثيف بخار الماء، فأطلق عليه وقتها "هيدروجين"، وهو لفظ من شقّين، "هيدرو" وهي تشير للاشتعال، و"جين" وهو بخار الماء.
الهيدروجين في العصر الحديث
بداية التعامل التجاري مع الهيدروجين جاءت في مطلع الـ20، ولم يكن التعامل معه بصفته وقودًا أو مادة خامًا، كما هو معتاد، ولكنه كان يُستعمل بصفته غاز رفع، لأنه مادة خفيفة جدًا.
فكان استعماله بالمناطيد وسفن الهواء في الولايات المتحدة، خاصة أن تكلفة الهيليوم في ذلك الوقت كانت مرتفعة، عكس الهيدروجين الذي كان مادة متوافرة ورخيصة، ويمكن استعماله لهذا الغرض، وكان ذلك قبل اختراع الطائرات النفاثة.
إلّا أن حادثة شهيرة وقعت في ولاية نيوجيرسي الأميركية، عندما حدث تسرّب للهيدروجين في أحد المناطيد، الأمر الذي تسبَّب في انفجاره، ومن ثم بدأت إعادة التفكير في استعماله بهذا الشكل، بعد حظره بصفته مادة يمكن استعمالها.
وبدأ استعمال الهيدروجين بشكل الوقود، مع انطلاق وكالة ناسا الأميركية في خمسينيات القرن الماضي، إذ بدأت وكالة الفضاء الأميركية استعماله وقودًا من خلال استغلاله في رحلات مركباتها إلى الفضاء، بسبب طبيعته منخفضة الوزن وعالية الطاقة، والوكالة كانت مهتمة بالوزن، فهي لا تريد استعمال أوزان كبيرة من الوقود في بعثاتها الخارجية.
طرق إنتاج الهيدروجين
عند الحديث عن كيفية إنتاج الهيدروجين، ينبغي النظر إلى أمرين، الأول هو المادة الخام التي سينتج منها، والثاني هو الوقود المستعمل في عملية الإنتاج، خاصة أنه له عدّة مصادر، وغير موجود بصفة عنصر حرّ في الطبيعة إلّا في حالات نادرة جدًا.
ومن ثم، فإن الهيدروجين موجود في شكل جزيء أو داخل مادة أخرى، ولا بد من استخلاصه منها، لذلك صُنِّف هذا الوقود المهم على أساس الألوان.
وأصبح هناك حديث عن الهيدروجين الأصفر والأخضر والرمادي والأسود والأزرق والقرمزي والوردي، وذلك من خلال النظر إلى المادة الخام والوقود المستعمل في الإنتاج.
أنواع الهيدروجين
- الهيدروجين الرمادي:
وهو ينتج من الغاز الطبيعي، الذي يحتوي على هيدروجين لأنه "ميثان"، أي ذرّة كربون من 4 ذرات هيدروجين، وهناك عملية معروفة اسمها "إصلاح الميثان بالبخار"، أي يُستعمل الغاز الطبيعي مادةً خامًا لإنتاج الهيدروجين، ويُستعمل التسخين الحراري من خلال الغاز نفسه، وهي الطريقة الأقل تكلفة والأكثر شيوعًا.
- الهيدروجين الأسود:
يُستعمل الفحم في إنتاج هذا النوع من الهيدروجين، وذلك من خلال تغويزه، أي تحويله إلى غاز، ومن ثم يمكن استعمال الغاز المنتَج من الفحم في عملية الإنتاج، وأحيانًا يُطلَق عليه "البني"، وهي الطريقة الأكثر تلويثًا للبيئة.
- الهيدروجين الأزرق:
يمكن إنتاج الهيدروجين الأزرق من إحدى الطريقتين السابقتين، سواء بالفحم أو الغاز، ولكن ما يفرّقه عنهما هو أن عملية الإنتاج تتضمن احتجاز الكربون وتخزينه.
- الهيدروجين الأخضر:
مع تجنّب استعمال الوقود الأحفوري، يمكن استعمال المياه التي تحتوي على الهيدروجين والأكسجين، ففي حالة إجراء عملية تحليل كهربائي للماء، ينفصل الماء إلى جزيء أكسجين وجزيء هيدروجين، وفي هذه الحالة يتكون الهيدروجين الأخضر، بإشارة إلى أن مصدر الطاقة من المصادر المتجددة.
- الهيدروجين الأصفر:
يمكن إنتاج الهيدروجين الأصفر من الماء أيضًا، ولكن بدلًا من استعمال الطاقة المتجددة تُستَعمل الطاقة النووية، وأحيانًا يُطلق عليه اسم "الوردي".
- الهيدروجين الفيروزي:
تجري فيه أكسدة الغاز الطبيعي أو الكتلة الحيوية.
وعلى الرغم من أن هذه هي التصنيفات المتداولة عالميًا، وفي المؤسسات الدولية الكبرى، فإن لجنة الخبراء في الأمم المتحدة قررت الابتعاد عن التصنيف بالألوان، والاتجاه إلى تصنيفات أخرى قد تعتمد على الانبعاثات، تكون معبّرة بشكل أكبر، ويكون هناك نوع من توحيد المصطلحات.
ويستعرض الإنفوغرافيك التالي كيفية إنتاج الهيدروجين وأنواعه حسب مصدر الطاقة المستعمل في الإنتاج:
تصنيفات أخرى للهيدروجين
بعد الحديث عن كيفية إنتاج الهيدروجين، يمكن تصنيف الهيدروجين أيضًا حسب طريقة والمادة المستعملة في إنتاجه، فالمنتَج من الغاز الطبيعي أو الفحم يسمى هيدروجينًا غير متجدد، بينما إذا كان منتَجًا من الماء، يُطلَق عليه في هذه الحالة هيدروجين متجدد.
وهناك مسميات أخرى بدأت تظهر على الساحة الدولية، مثل الهيدروجين منخفض الكربون، والهيدروجين الخالي من الكربون.
وهنا نشير إلى أنه في حالة إنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري، فيكون هيدروجينًا عالي الكربون، وفي حالة إنتاجه من الوقود الأحفوري مع احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، فيكون منخفض الكربون، أمّا في حالة إنتاجه من الماء، فيكون خاليًا من الكربون.
ويبلغ إنتاج الهيدروجين عالميًا 95 مليون طن متري، بنهاية 2022، مقابل 94 مليون طن العام السابق له (2021)، مع استحواذ الهيدروجين الأخضر ومنخفض الكربون على 1% فقط.
تنبيه.. حُدِّثَ هذا التقرير في 20 أكتوبر/تشرين الأول 2023.
بعد معرفة كيفية إنتاج الهيدروجين، فيما يلي المزيد من الموضوعات المتعلقة به..
- الهيدروجين في مزيج الطاقة.. 10 تساؤلات عن أنواعه واستخداماته وأهميته
- ما هو الهيدروجين؟
- التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين الأخضر.. أبرز التقنيات والقطاعات المستفيدة (تقرير)
