إنتاج الهيدروجين من محفزات جديدة.. عنوان تجارب بحثية تنتظر التطبيق

تتزايد الرهانات العالمية -يومًا تلو الآخر- على إنتاج الهيدروجين، مع تنامي أهمية هذا الوقود النظيف، ودوره المستقبلي في تحقيق أمن الطاقة للدول، وإسهامه في جهود الحياد الكربوني.

وإذا ما استُعمل هذا الوقود منخفض الكربون على نطاق واسع، وأصبح يمثّل خُمس الطلب العالمي على الكهرباء -وفق ما هو مُخطط له- بحلول أواسط القرن الحالي (2050)، يمكن أن تنخفض الانبعاثات الكربونية بواقع 7 مليارات طن سنويًا، وفق تقديرات صادرة عن مجلس الهيدروجين في عام 2021.

ومن هذا المنطلق، بدأ العلماء في جامعة شنغهاي البحث عن محفزات فوسفيد النيكل والكوبالت المشبع بالموليبدينوم لإنتاج الهيدروجين، في حين استحدث علماء هنود طريقة لإنتاج الهيدروجين من الميثانول، حسبما أورد موقع مجلة "بي في ماغازين" pv magazine.

ويُقصد بالمادة المحفّزة تلك المادة الكيميائية التي تضاف بكميات قليلة للتفاعل الكيميائي بهدف تسريع التفاعل، دون أن تتغير خواص المواد الكيميائية.

منشطات الموليبدينوم

اكتشف علماء جامعة شنغهاي أن منشطات الموليبدينوم تُسهم في تعزيز أداء التحفيز الكهربائي لمحفزات فوسفيد النيكل والكوبالت لإنتاج الهيدروجين في الوسط القلوي، وفق تقارير طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

واستعمل هؤلاء العلماء ما يُطلق عليه "عملية التدرج الحراري المائي"، وإحداث تناغم بين الموليبدينوم والمحفز في درجات حرارة مختلفة لتشكيل بنية الغلاف الدقيق.

ويشير مصطلح "التدرّج الحراري" إلى كمية فيزيائية تصف اتجاه ونسبة تغير الحرارة في جميع اتجاهات منطقة ما.

وقال الأستاذ في جامعة شنغهاي، يوفينغ تشاو، إن الإبر النانوية في الهيكل تتيح مواقع نشطة وفيرة لنقل الإلكترون بكفاءة؛ ما يؤدي إلى إطلاق فقاعات الهيدروجين المعزز.

وذكرت الدراسة، التي نُشرت في مجلة "نانو ريسيرش" العلمية، أن عنصر الموليبدينوم يخفض التفاعل بين فوسفيد النيكل والكوبالت والمواد الوسيطة؛ ما ينتج عنه تحسّن في أداء تطور الهيدروجين.

وقال الباحثون، إن هذا الاكتشاف سيكون له تطبيقات عديدة في مجال إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع.

الهيدروجين والميثانول

طوّر المعهد الهندي لتعليم العلوم والبحوث "آي آي إس إي آر" طريقة جديدة لإنتاج الهيدروجين الجزيئي من مواد كيميائية لنزع الهيدروجين، مثل الميثانول.

وقال الباحثون في "آي آي إس إي آر"، إنهم استعملوا مركب الروثينيوم المتاح تجاريًا، في ظروف معتدلة لإنتاج الهيدروجين عبر تفاعل نزع الهيدروجين الكيميائي النظيف.

ويُخطط الباحثون لاستعمال الهيدروجين في تصنيع مواد كيميائية وأدوية عالية القيمة.

واستغل الباحثون -أيضَا- قابلية تطبيق الميثانول بصفته عاملًا محتملًا لنقل الهيدروجين في التخفيض التحفيزي الانتقائي للمركبات الوظيفية المختلفة.

وتعدّ تقنية التخفيض التحفيزي الانتقائي واحدة من أكثر الوسائل فاعلية من حيث التكلفة وقدرة التحكم في انبعاثات أكسيد النيتروجين من محركات الديزل.

وقال العلماء: "نهتم -بوجه خاص- باستعمال الميثانول مصدرًا لمجموعات الهيدروجين والميثيل؛ بغرض التخفيض التحفيزي الانتقائي، وهو ما يمكن أن يُنظر إليه على أنه طريقة محتملة لتعزيز نقل الهيدروجين".

أبيكس غروب

أبرمت شركة أبيكس غروب APEX Group الصينية، المتخصصة في مجال إنتاج السحابات الجاهزة، اتفاقية شراء 3 قطع أراضٍ في منتجع لوبمن الساحلي بولاية مكلنبورغ فوربومرن الألمانية، لتركيب محلل كهربائي بسعة 600 ميغاواط.

ومن المقرر إتمام المرحلة الأولى لبناء المحلل الكهربائي في عام 2027، على أن تكون أبيكس غروب مسؤولة عن بناء محطات إنتاج الهيدروجين، وتشغيلها، بوصفها المالكة لها.

وذكرت إكسيت غروب، الشركة التابعة بالكامل لمجموعة "أبيكس غروب"، أن هناك مباحثات جارية في الوقت الحالي مع أطراف مهتمة أخرى في الموقع للمشاركة في تطوير البنية التحتية المطلوبة لإمدادات الكهرباء والمياه، إضافة إلى التخلص من مياه الصرف.

وخلال مرحلة البناء الأخيرة، من المتوقع أن تبلغ سعة إنتاج المحطة 43 طن متري من الهيدروجين سنويًا، مُستعملة الكهرباء المتجددة الذي يُحصَل عليها من شمال ألمانيا.

آر دبليو إي

أبرمت شركة آر دبليو إي RWE الألمانية لخدمات الكهرباء عقدًا مع تحالف يتألف من شركتي أنسالدو إنيرجيا الإيطالية وتكنيكاس ريونيداس الإسبانية لبناء محطة تعمل بنظام الدورة المركبة للهيدروجين.

ومن المُخطط أن تصل سعة المحطة إلى 800 ميغاواط، وكفاءة نسبتها 62%، على أن تقع في الموقع الحالي لشركة "آر دبليو إي" بمقاطعة كولونيا غرب ألمانيا.

ويتوقف قرار الاستثمار النهائي الخاص بالمشروع على اكتمال الإطار التنظيمي في ألمانيا، المتوقع بحلول أواسط العقد الحالي (2025).

وفي إطار استعداداتها، ستشرع الشركات في عملية منح التراخيص على الفور، مُستهدفة البدء في توليد الكهرباء بحلول نهاية العقد الجاري (2030)، ما إن توضَع الشروط الإطارية المناسبة في ألمانيا.

ووفق ما أعلنته أنسالدو إنيرجيا، من الممكن أن تبدأ المحطة في إنتاج الكهرباء بحلول نهاية 2030.

ستيلانتس

أنهت شركة ستيلانتس Stellantis لتصنيع السيارات الهولندية استحواذها على حصة من الأسهم نسبتها 33.3% في شركة سيمبيو المتخصصة في نقل الهيدروجين عديم الانبعاثات.

وقالت ستيلانتس، إن تلك الشراكة ستُسهم بتسريع وتيرة عمليات التطوير في سيمبيو بكلّ من أوروبا والولايات المتحدة الأميركية.

عملية تحفيزية جديدة

تقدّم طريقة جديدة لإنتاج الهيدروجين من الميثانول عبر تفاعل تحفيزي تحت الظروف المحيطة، آلية مستدامة وخضراء لتصنيع الوقود النظيف الذي تشتد الحاجة إليه في الوقت الراهن، وفق ما نُشر في الموقع الإلكتروني لوزارة العلوم والتكنولوجيا الهندية.

ويُعدّ الهيدروجين أحد أنظف مصادر الطاقة التي يمكن الحصول عليها بسهولة من الكتلة الحيوية غير القابلة للهضم، أو الكحوليات المستخرجة من المواد الحيوية.

وهناك طرق مختلفة يمكن من خلالها إنتاج الهيدروجين، غير أن تكلفة تلك السلعة الحيوية تعتمد على المدى الذي تكون فيه عملية الإنتاج صديقة للبيئة، وأكثر كفاءة في إنتاج الكهرباء.

وتعدّ المياه والميثان المصادر الرئيسة للهيدروجين في كوكب الأرض، لكن استخراج الهيدروجين النقي من المياه والميثان يستهلك كمية كبيرة من الكهرباء عبر تقنيات، مثل المحلل الكهربائي، و-أيضًا- عبر التفاعلات التي تُفكك الماء إلى أكسجين وهيدروجين.

ويمكن أن يكون الميثانول مرشحًا محتملًا لإنتاج الهيدروجين نتيجة محتواه من هذا الغاز، إذ تصل نسبته إلى 12.6%، وتحوّله الكفء إلى الهيدروجين، والأكسجين بمنتجات نهائية.

الميثانول المائي

يمكن عَدّ الميثانول المائي مصدرًا محتملاً لتعزيز عملية نقل الهيدروجين.

وخلال محاولاتهم التغلب على التحدي الخاص بتطوير طرق تحفيزية فاعلة لتحويل الميثانول إلى منتجات قيمة، أظهر الباحثون أن الهيدروجين المُحرر من المواد الأولية للميثانول، يمكن استغلاله بكفاءة في التوليف المستدام والميسور التكلفة للمواد الكيميائية والمستحضرات الدوائية.

ويمكن أن يعمل الميثانول ناقلًا محتملاً للهيدروجين؛ ما يعزز أهميته البالغة في الكيمياء العضوية الاصطناعية؛ إذ يسهل تخزينه ونقله أكثر من الهيدروجين الحر.

وبناءً عليه، تفتح تلك الإستراتيجية المطورة آفاقًا جديدة في كل من البحوث الأساسية والتطبيقات الصناعية لتصنيع مواد كيميائية.

الهيدروجين الأخضر

يَنتُج الهيدروجين الأخضر نتيجة تفكيك المياه عبر تقنية التحليل الكهربائي، التي تتضمن تمرير تيار كهربائي خلالها، إذ تتفكك المياه إلى هيدروجين وأكسجين، ليمكن حينها استخلاص الهيدروجين من المياه، كما ينطلق الأكسجين في الهواء.

ويمكن أن يُستعمل الهيدروجين الأخضر ناقلًا للطاقة، ووقودًا بديلًا يحلّ محلّ الغاز الطبيعي في العمليات التجارية والصناعية، كما يمكن أن يحلّ محلّ الديزل والبنزين في السيارات.

وشهد الطلب العالمي على الهيدروجين نموًا بأعلى من 3 أضعاف منذ عام 1975، وما يزال يُظهر صعودًا مطّردًا، إذ بلغ نحو 49 مليون طن في العام قبل الماضي (2021)، بحسب أرقام وكالة الطاقة الدولية الصادرة في العام الماضي (2022).

ومن المتوقع أن يتراوح الطلب على تلك السلعة الإستراتيجية بين 500 و680 مليون طن بحلول عام 2050، وفق التقديرات الصادرة عن البنك الدولي.

موضوعات متعلقة..

• إنتاج الهيدروجين الأخضر في المغرب يستقطب مشروعًا تجريبيًا
• إنتاج الهيدروجين الأخضر في المغرب يؤهله لقيادة شمال أفريقيا (دراسة)
• أكبر 5 مشروعات لإنتاج الهيدروجين الأخضر في أفريقيا.. مصر والمغرب في المقدمة
• استيراد الهيدروجين الأخضر من المغرب أقل تكلفة من إنتاجه في أوروبا (دراسة)

اقرأ أيضًا..

• أبرز أرقام الطلب على الذهب عالميًا في الربع الثاني من 2023 (إنفوغرافيك)
• الانقلاب يهدد إنتاج النفط في النيجر.. ومخاوف من تكرار هذا السيناريو
• السعودية في صدارة أكبر 5 صفقات نفط عربية خلال يوليو