كيفية إنتاج الهيدروجين وتاريخ اكتشافه

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 حال تطوير تكنولوجيا 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 استخدامه في البداية مختلفًا عما 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 المصدرة للبترول "أوابك"، وائل حامد عبدالمعطي، كيفية إنتاج الهيدروجين واستخداماته، وذلك خلال مشاركته مؤخرًا في برنامج "أنسيات الطاقة" في موقع 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 وجد مصدر اشتعال، ولكنه لم يتوصل لطبيعة هذا الغاز، ولا استخداماته وأهميته.

بعد 100 عام، جاء عالم بريطاني آخر، أجرى التفاعل نفسه، وجمع الفقاعات الغازية لاستخدامها 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" وهي بخار الماء.

الهيدروجين في العصر الحديث

بداية التعامل التجاري مع الهيدروجين جاءت في مطلع القرن العشرين، ولم يكن التعامل معه بصفته وقودًا أو مادة خامًا، كما هو معتاد، ولكنه كان يُستخدم بصفته غاز رفع، لأنه مادة خفيفة جدًا.

فكان استخدامه بالمناطيد وسفن الهواء في الولايات المتحدة، خاصة أن تكلفة الهيليوم في ذلك الوقت كانت مرتفعة، عكس الهيدروجين الذي كان مادة متوافرة ورخيصة، ويمكن استخدامه 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 بدأ إعادة التفكير في استخدامه بهذا الشكل، بعد حظره بصفته مادة يمكن استخدامها.

وبدأ استخدام الهيدروجين في شكل الوقود، مع انطلاق وكالة ناسا الأميركية في خمسينيات القرن الماضي، إذ بدأت وكالة الفضاء الأميركية استخدامه وقودًا من خلال استغلاله في رحلات مركباتها إلى الفضاء، بسبب طبيعته منخفضة الوزن وعالية الطاقة، والوكالة كانت مهتمة بالوزن، فهي لا تريد استخدام 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 المستخدم 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 المستخدم 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 يُستخدم الغاز الطبيعي مادةً خامًا لإنتاج الهيدروجين، ويُستخدم التسخين الحراري من خلال الغاز نفسه.

• الهيدروجين الأسود:

يُستخدم الفحم في إنتاج هذا النوع من الهيدروجين، وذلك من خلال تغويزه، أي تحويله إلى غاز، ومن ثم يمكن استخدام الغاز المنتَج من الفحم في عملية الإنتاج، وأحيانًا يُطلَق عليه "البني".

• 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 استخدام الوقود الأحفوري، يمكن استخدام المياه التي تحتوي على الهيدروجين والأكسجين، ففي حال 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 استخدام الطاقة المتجددة تُستَخدَم الطاقة النووية، وأحيانًا يُطلق عليه اسم "الوردي".

• الهيدروجين القرمزي:

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، تكون معبّرة بشكل أكبر، ويكون هناك نوع من توحيد المصلطحات. وهو ما سيُعلَن خلال أشهر من الآن.

تصنيفات أخرى للهيدروجين

بعد الحديث عن كيفية إنتاج الهيدروجين، يمكن تصنيف الهيدروجين أيضًا حسب طريقة والمادة المستخدمة 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 فهو يكون منخفض الكربون، أمّا في حالة إنتاجه من الماء فهو يكون خاليًا من الكربون.

اقرأ أيضًا..

• محطة تهدارت المغربية لتوليد الكهرباء.. الأولى من نوعها في أفريقيا (صور)
• 3 دول وراء انخفاض إنتاج أوبك النفطي لأول مرة في 15 شهرًا
• إنتاج النفط في الجزائر يواصل صعوده للشهر الـ13 على التوالي