تطوير محفزات لإنتاج الهيدروجين عالي النقاء في الهند

للاستعمال في قطاعات الصناعة والسيارات والطاقة

مي مجدي

2022-11-28

1 1٬502

مشروع لإنتاج الهيدروجين عالي النقاء — مشروع للهيدروجين– الصورة من موقع شركة سيمنس

حصل نظام تحفيزي طوّرته مجموعة من الباحثين بالمعهد الهندي للتكنولوجيا (آي آي تي) على براءة الاختراع لتميزه في إنتاج الهيدروجين عالي النقاء من مياه الصرف الصحي والمياه المالحة.

واستطاع الباحثون استعمال ضوء الشمس الطبيعي لتحويل الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستعمال محفز قابل لإعادة التدوير يعتمد على معدن انتقالي بسيط ومنخفض التكلفة، حسبما نشرت صحيفة ذا إيكونوميك تايمز (The Economic Times).

وستنحصر التطبيقات النهائية لهذا البحث المختص بإنتاج الهيدروجين عالي النقاء في قطاعات الصناعة والسيارات والطاقة، وفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة.

تطوير النظام

يعتمد النظام على سلسلة من المواد المحفزة التي تمكّن عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي لإنتاج الهيدروجين عالي النقاء من الماء.

وأوضح الأستاذ المشارك في البحث راكيش كيه شارما أن النباتات تستعمل ضوء الشمس لتحويل الماء إلى هيدروجين وأكسجين، ثم التفاعل مع ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الكربوهيدرات، إذ يقوم المحفز بالأمر نفسه لإنتاج الهيدروجين.

فريق الباحثين بالمعهد الهندي للتكنولوجيا المطور لنظام تحفيز لإنتاج الهيدروجين عالي النقاء — فريق الباحثين بالمعهد الهندي للتكنولوجيا -الصورة من موقع كلايمت ساموراي

ووفقًا للباحثين، طوّر الفريق حتى الآن سلسلة من المحفزات التي يمكنها إنتاج الهيدروجين عالي النقاء بكفاءة في ظل الظروف المحيطة.

وأشار شارما إلى أن إنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري يمثّل أكثر من 90%، ما يجعله مكلفًا، مضيفًا أن تطوير محفز محلي مستدام لإنتاج الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع يضع معيارًا جديدًا للابتكار، لضمان رخاء الأجيال القادمة.

وقال: "لا تحتاج التكنولوجيا المطورة إلى مصدر خارجي للطاقة سوى ضوء الشمس".

مميزات النظام

طوّر الباحثون نظامًا تحفيزيًا لإنتاج الهيدروجين عالي النقاء من مياه الصرف الصحي والمواد العضوية الأخرى باستعمال ضوء الشمس.

واستعمل الباحثون قرابة 100 محفز مختلف لاستكشاف أكثرها قدرة على إنتاج نسبة عالية من الأكسجين تحت أشعة الشمس.

ويمكن أن تنتج المحفزات الهيدروجين عالي النقاء من مياه الصرف الصحي والمياه المالحة وغيرها، ويمكن إعادة تدويرها بسهولة واستعمالها عدّة مرات.

وتنتج هذه العملية الهيدروجين بسرعة وبكلفة بسيطة باستعمال ضوء الشمس المتوفر في طيف واسع من الأطوال الموجية، دون الحاجة إلى مصدر طاقة باهظ التكلفة لإنتاج الهيدروجين.

ويمكن أن تكون التكلفة المنخفضة ودرجة النقاء العالية خطوة لا غنى عنها لاستعمال الهيدروجين وقودًا في المركبات، ما يسمح بتجنّب الاعتماد على الوقود الأحفوري، ومن ثم الحدّ من التلوث.

ويأمل الباحثون تطوير نموذج تجريبي يليه إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع يناسب تطبيقات المستعمل النهائي.

إنتاج الهيدروجين

يعتمد إنتاج الهيدروجين على تحويل الماء إلى هيدروجين وأكسجين بوساطة الكهرباء، لكنها ما تزال طريقة مكلفة، لذا يعكف الباحثون والشركات على تعزيز الدراسات للعثور على وسائل مختلفة لخفض التكلفة.

أمّا إنتاج الهيدروجين من النفط والغاز فيُعدّ أكثر الطرق شيوعًا وأقلّها تكلفة، لكنه يتعارض مع الأهداف المناخية بسبب انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون في أثناء عملية الاستخراج.

وينقسم الهيدروجين إلى عدّة أنواع حسب طريقة إنتاجه، منها الهيدروجين البني الذي يُستخرج من الفحم، والرمادي المستخرج من الغاز الطبيعي، والهيدروجين الأزرق من الفحم أو الغاز الطبيعي، والهيدروجين الأخضر بوساطة التحليل الكهربائي للماء المعتمد على الطاقة المتجددة، والهيدروجين الأصفر المنتج بالتحليل الكهربائي للماء باستعمال الكهرباء المنتجة من محطات الطاقة النووية.

ويُستعمل الهيدروجين مصدرًا للوقود مباشرة، أو حاملًا للطاقة عبر تطبيقات خلايا الوقود.

كما يُستَعمَل بصفته مادة خامًا في عدّة صناعات، مثل الأسمدة، أو لتوفير الحرارة في الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة، مثل صناعة الصلب.

ويعتمد وجود الشوائب في الهيدروجين على عملية الإنتاج، وبات الهيدروجين عالي النقاء بالغ الأهمية لصناعة مركبات خلايا الوقود والجيل القادم من طائرات الهيدروجين.

ويوضح الرسم التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- أنواع الهيدروجين حسب طريقة الإنتاج:

أنواع الهيدروجين