إنتاج الهيدروجين عبر تكسير الأمونيا.. ما دور تطوير المحفزات والمفاعلات؟ (تقرير)
نوار صبح
لم يكن الاهتمام بتحسين نظام تكسير الأمونيا لإنتاج الهيدروجين كبيرًا مقارنة بدراسات تطوير المحفزات والمفاعلات التي تؤثّر بصورة ملحوظة في إنتاج هذا الوقود.
في هذا الإطار، قدّمت دراسة حديثة -حصلت عليها منصة الطاقة المتخصصة- إطارًا حسابيًا لتعزيز كفاءة إنتاج الهيدروجين والأداء الحراري في نظام تكسير الأمونيا باستعمال محفز الروثينيوم/أكسيد الألومنيوم من خلال استعمال غازات العادم الناتجة عن امتزاز تأرجح الضغط بوصفه وقودًا إضافيًا.
وعلى عكس الدراسات السابقة التي تناولت نشاط المحفز، وسلوك الاحتراق، أو احتراق غازات العادم بصورة منفصلة، قيّمت هذه الدراسة تأثيرها المترابط من خلال تغيير هندسة وحدة التكسير (طول الموقد) واستعمال غازات العادم.
وعند استعمال الميثان فقط، لم يوفر الموقد ذو قطر 125 مم حرارة كافية لطبقة المحفز، ما حدّ من تحويل الأمونيا إلى 94.9% فقط، في حين حقّق الموقد ذو قطر 312.5 مم مجالًا حراريًا مستقرًا ومتجانسًا مع تحويل يتجاوز 99.9%.
تأثير وحدة تكسير الأمونيا والحرارة
على الرغم من أن وحدة تكسير الأمونيا (الموقد) ذات قطر 500 مم حافظت على نسبة تحويل عالية، فإن درجة حرارة جداره اقتربت من 1150 كلفن (876.85 درجة مئوية)، مما يشكّل خطرًا على استقرار التشغيل على المدى الطويل، وفقًا لدراسة نشرها موقع "ساينس دايركت".
وعند إدخال الغازات المنبعثة، أظهر الموقد ذو قطر 125 مم تأخرًا في الاشتعال واحتراقًا غير مستقر.
في المقابل، حافظ الموقد ذو قطر 312.5 مم على تحويل مستقر وتجانس حراري حتى استعمال 50% من الغازات المنبعثة، في حين أنتج الموقد ذو قطر 500 مم درجات حرارة جدارية أعلى وعدم تجانس حراري أكبر، ما قلّل متانة النظام.
وتُعزى هذه الاتجاهات إلى تغيرات في الاضطراب والخلط والانتشار، بالإضافة إلى تغير توصيل الحرارة إلى منطقة المحفز عبر النقل الحراري والإشعاعي.
وفي ظل استعمال عالٍ للغازات المنبعثة، أدى تخفيف النيتروجين إلى خفض درجة حرارة اللهب والإشعاع، ما قلّل من معدل التحويل.
وتوفّر هذه النتائج إرشادات لاختيار طول الموقد واستعمال الغازات المنبعثة لدعم التوسع المستقر لإنتاج الهيدروجين.
أهمية الهيدروجين لتحقيق الحياد الكربوني
مع تزايد الجهود المبذولة لإزالة الكربون من أنظمة الطاقة، يحظى الهيدروجين باهتمام متزايد بصفته ناقلًا رئيسًا للطاقة لتحقيق الحياد الكربوني.
وتتوقع وكالة الطاقة الدولية أن يصل حجم التجارة العالمية في الهيدروجين والوقود المشتق منه إلى نحو 75 مليون طن من مكافئ الهيدروجين بحلول عام 2050 في ظل سيناريو الحياد الكربوني، في حين يبلغ هذا الرقم نحو 60 مليون طن من مكافئ الهيدروجين في ظل سيناريو التعهدات المعلنة.
وفي كلا السيناريوهَين، يمثّل هذا نحو 20% من إجمالي الطلب على الهيدروجين منخفض الانبعاثات.
تنشيط اقتصاد الهيدروجين
استجابت كوريا الجنوبية بإستراتيجية وطنية للهيدروجين ترتكز على الخطة التفصيلية لتنشيط اقتصاد الهيدروجين الصادرة عام 2019.
وتحدّد هذه الخطة أهدافًا لعام 2040 تتمثّل في 6.2 مليون مركبة تعمل بالهيدروجين، و1200 محطة للتزوّد بوقود الهيدروجين، و15 غيغاواط من قدرة توليد الكهرباء بخلايا الوقود، بحسب متابعة منصة الطاقة المتخصصة.
وفي عام 2023، أطلقت كوريا الجنوبية نظام شهادات الهيدروجين النظيف، الذي يصنّف الهيدروجين حسب كثافة الكربون. وتحدّد الفئة الأكثر صرامة (الدرجة 1) عتبة الانبعاثات عند 0.1 كغم مكافئ ثاني أكسيد الكربون/كغم هيدروجين أو أقل.
وتشير هذه المؤشرات السياسية وتوقعات السوق إلى ضرورة إحراز تقدم في جميع مراحل سلسلة قيمة الهيدروجين، بما في ذلك الإنتاج والتخزين والنقل، مع التركيز على الكفاءة وقابلية النشر على نطاق واسع.
ومع توسع تطوير الهيدروجين النظيف، ازدادت أهمية الحلول الفعالة والقابلة للتطوير لتخزين الهيدروجين ونقله، وما تزال الطرق التقليدية تواجه قيودًا عملية.
ويتطلّب تخزين الهيدروجين السائل درجات حرارة قريبة من (-253) درجة مئوية واستثمارات كبيرة في البنية التحتية المبردة.
وعلى الرغم من أن ناقلات الهيدروجين العضوي السائل تتمتع بسهولة التعامل معها؛ فإن قدراتها الهيدروجينية منخفضة نسبيًا، وتستهلك خطوات الهدرجة ونزع الهيدروجين كميات كبيرة من الطاقة.
وقد حفّزت هذه القيود البحث عن ناقلات بديلة يمكنها خفض التكلفة وتبسيط الخدمات اللوجستية.
وقد برزت الأمونيا بصفتها ناقل هيدروجين واعدًا؛ لأنها تجمع بين كثافة التخزين العالية وظروف النقل التي يمكن التحكم فيها، وتحتوي على محتوى هيدروجين وزني بنسبة 17.8%، ويمكن تخزينها وشحنها بوصفها سائلًا عند ضغط 8.5 بار و20 درجة مئوية أو عند 1 بار و33.4 درجة مئوية.
موضوعات متعلقة..
- تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر في أفريقيا تواجه عقبات.. والمغرب والجزائر الأرخص
- خبير: الغاز الحيوي بوابة واعدة لإنتاج الهيدروجين الأخضر من المخلفات
- بيع مشروع لإنتاج الهيدروجين الأخضر وتحويله إلى مركز بيانات
اقرأ أيضًا..
- حصاد وحدة أبحاث الطاقة لعام 2025 وتوقعات 2026.. أكبر تغطية عربية وعالمية
- طاقة الرياح في الوطن العربي 2025.. مصر تنتزع الصدارة من المغرب
- أكبر الدول المصدرة للفحم في 2025.. تراجع جماعي واستثناء وحيد
المصدر..
