إنتاج الهيدروجين من المخلفات العضوية.. هذه أهم التقنيات

داليا الهمشري

2024-08-05

0 557

يُعَد إنتاج الهيدروجين من المخلفات العضوية من أبرز الطرق التي توفر إنتاجية عالية مع تحقيق الجدوى الاقتصادية المطلوبة وخفض الانبعاثات الكربونية.

وضمن هذا الإطار، تؤكّد المتخصصة في الكيمياء العضوية والوقود الحيوي والغازات النفطية والطاقة ومديرة إدارة بقطاع البترول المصري الدكتورة إيمان بشناق، دور الهيدروجين الأخضر في حل مشكلة التخزين المرتبطة بعدم موثوقية مصادر الطاقة المتجددة من شمس ورياح.

وأبرزت بشناق -خلال ندوة عبر خاصية التواصل المرئي حضرتها منصة الطاقة المتخصصة (مقرها واشنطن) بعنوان "إنتاج الهيدروجين من المخلفات العضوية"- أهم مزايا استعمال تقنيات تحويل المخلفات إلى هيدروجين.

وعُقدت هذه الندوة في إطار فعاليات المبادرة العربية للتعريف بالهيدروجين الأخضر والمشروعات الخضراء 2024، وأدارها عضو فريق تنظيم المبادرة المهندس أكرم نصار.

وتهدف هذه المبادرة إلى تسليط الضوء على أحدث المستجدات واستشراف المستقبل في مجال الهيدروجين الأخضر في مصر والمنطقة العربية من خلال تنظيم عدد من الندوات والمشروعات التي تسهم في دعم عملية تحول الطاقة.

الدكتورة إيمان بشناق خلال مشاركتها في ندوة إنتاج الهيدروجين من المخلفات الحيوية

أقل تكلفة ممكنة

تقول الدكتورة إيمان بشناق إن الهيدروجين يتميز بعدد من الخصائص المهمة التي تؤهله لأن يتصدر خريطة الطاقة في المستقبل، مشيرة إلى كونه وقودًا نظيفًا وآمنًا بيئيًا ولا يطلق غازات ضارة عند حرقه؛ فضلًا عما يتسم به من طاقة عالية، لذلك يُعَد من المصادر المميزة للطاقة كونه وقودًا أو ناقلًا للطاقة في خلايا الوقود.

وأضافت أن إنتاج الهيدروجين من المخلفات العضوية يحقق عددًا من الفوائد؛ أبرزها الحصول على وقود نظيف وتحويل النفايات إلى موارد قيّمة وتقليل غازات الاحتباس الحراري.

وتابعت أن الأبحاث التي تُجرى -حاليًا- تهدف للوصول إلى أعلى جودة للهيدروجين المُنتج بأقل تكلفة ممكنة.

طرق إنتاج الهيدروجين من المخلفات العضوية

أشارت الدكتورة إيمان بشناق إلى أن هناك 3 تقنيات لإنتاج الهيدروجين من المخلفات العضوية وهي: التخمير اللاهوائي والتحلل الحراري (Gasification) والإصلاح البخاري (Steam Methane Reforming).

المرحلة الأولى: عملية التخمير اللاهوائي:

هي عملية بيولوجية تُحلل خلالها المواد العضوية بوساطة كائنات دقيقة (بكتيريا) في غياب الأكسجين؛ ما يُنتج خليطًا من الغازات الحيوية (البيوجاز)، والذي يتكون أساسًا من الميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون (CO2)، بالإضافة إلى كميات صغيرة من الهيدروجين (H2) وكبريتيد الهيدروجين (H2S).

وتمر هذه التقنية بـ4 مراحل رئيسة هي:

1- التحلل الهيدروجيني (Hydrolysis):

تُكسَر خلالها الروابط بين مكونات المخلفات العضوية المعقّدة -عن طريق بعض البكتيريا اللاهوائية التي تعمل في غياب الأكسجين- لتتحوّل إلى مواد بسيطة يسهل التعامل معها.

2- التخمير الحمضي (Acidogenesis):

في هذه المرحلة تعمل البكتيريا على المواد البسيطة الناتجة عن العملية الأولى أيضًا في غياب الأكسجين، مكونةً أحماضًا وكحولًا وهيدروجينًا وثاني أكسيد الكربون.

3- تكوين الأسيتات (Acetogenesis):

تعمل البكتيريا خلال هذه المرحلة على تفكيك الأحماض الناتجة والكحول لإنتاج الهيدروجين كذلك.

4- تخليق الميثان (Methanogenesis):

تعمل البكتيريا في هذه المرحلة على إنتاج الهيدروجين والميثان.

وأوضحت الخبيرة المصرية أن هذه التقنية تمتاز بانخفاض تكلفتها وبساطة التكنولوجيا المُستعملة وتقليل حجم النفايات.

ولفتت إلى أنها نفّذت -بالفعل- وحدة تخمر لا هوائي بالقاهرة، ونجحت في إنتاج الميثان والهيدروجين من هذه الوحدة.

المرحلة الثانية: عملية التحلل الحراري (Gasification):

وتمر هذه العملية بـ4 مراحل لإنتاج الهيدروجين وهي:

1- مرحلة التسخين الأولى: تُسَخَّن خلالها المادة العضوية (مثل النفايات الزراعية أو القمامة) إلى درجات حرارة تتراوح بين 400 و800 درجة مئوية من أجل إزالة الرطوبة والمواد المتطايرة.

2- التحليل الكيميائي: تُحلل خلاله الروابط الكيميائية في المادة العضوية؛ ما يؤدي إلى تكوين الغازات والسوائل والمواد الصلبة.

وينتج عنه غاز التخليق (الهيدروجين وأول أكسيد الكربون)، والسوائل (زيوت حرارية)، والمواد الصلبة (الفحم الحيوي أو الكربون).

3- تنقية الغاز: تتمثل هذه العملية في إزالة الملوثات والشوائب من غاز التخليق الناتج، وتعمل على تحسين جودة الغاز وجعله صالحًا للاستعمال في التطبيقات المختلفة.

4- إنتاج الهيدروجين: يمكن تحويل أول أكسيد الكربون الموجود في غاز التخليق إلى هيدروجين إضافي بهدف زيادة كمية الهيدروجين في الغاز الناتج.

وأشارت الدكتورة إيمان بشناق إلى أن هذه التقنية تتسم بعدد من المزايا؛ أبرزها:

- الكفاءة العالية: حيث يمكن للتحلل الحراري تحويل نسبة كبيرة من الكتلة العضوية إلى غاز قابل للاستعمال.

- تنوع المواد الخام: يمكن استعمال مجموعة واسعة من المواد العضوية؛ بما في ذلك النفايات الزراعية والصناعية.

- إنتاج منتجات متعددة: بالإضافة إلى الهيدروجين، يمكن إنتاج الفحم الحيوي والزيوت الحرارية التي لها تطبيقات أخرى.

- إنتاج الطاقة: يمكن استعمال الهيدروجين المُنتج في توليد الكهرباء أو وقود للسيارات.

- الصناعات الكيميائية: يُستعمل الهيدروجين في إنتاج الأمونيا والميثانول.

- إدارة النفايات: تحويل النفايات العضوية إلى منتجات قيّمة بدلًا من التخلص منها.

لكن هناك سلبيات لعملية التحلل الحراري؛ من بينها:

- ارتفاع التكلفة: إذ يتطلب إنشاء وحدات التحلل الحراري وتشغيلها استثمارات ضخمة.

- إدارة المنتجات الثانوية: تحتاج النواتج الصلبة والسائلة إلى معالجة وإدارة مناسبتين.

- التقنية المتقدمة المتقدمة: تحتاج العملية إلى تقنيات متقدمة لضمان الكفاءة والاستدامة.

المرحلة الثالثة: الإصلاح البخاري (Steam Methane Reforming):

تعتمد هذه التقنية على التفاعل الكيميائي بين الغاز الطبيعي الميثان (CH4) والبخار المائي (H2O) في درجات حرارة عالية في وجود محفزات معدنية، وينتج عن هذا التفاعل مزيج من الهيدروجين (H2) وثاني أكسيد الكربون (CO2).

وتتميز هذه التقنية بإنتاجية عالية واستغلال الموارد المتجددة وتقليل الانبعاثات الكربونية.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..