فتح الإنتاج الكفء للهيدروجين من أجل الطاقة النظيفة

النمو المستمر للسكان والاقتصاد في العالم أدى إلى زيادة كبيرة في الطلب على الطاقة، حيث يتم تلبية حوالي 80٪ منها من خلال الوقود الأحفوري. هذه الموارد لا تنضب فقط بشكل كبير ولكنها أيضًا مسؤولة عن زيادة كبيرة في الغازات الدفيئة (GHG) في البيئة.

نتيجة لذلك، هناك تركيز متزايد على مصادر الطاقة المتجددة، مثل الشمس، الرياح، الماء، المادة العضوية، والحرارة الارضية.

المشتقة من الموارد الطبيعية التي تتجدد ذاتيًا، تعتبر مصادر الطاقة المتجددة مهمة لانظمة الطاقة النظيفة والمستدامة. ومع ذلك، فإنها تواجه تحديات عديدة، بما في ذلك التوافر غير المنتظم، والتكاليف الأولية العالية، والقيود الجغرافية، ومتطلبات المساحة الواسعة.

هنا دخل الهيدروجين في الصورة. ارتفع الطلب العالمي على الهيدروجين إلى 97 مليون طن في عام 2023، بزيادة 2.5٪ عن العام السابق.

دور الهيدروجين في انتقالية الطاقة النظيفة

أخف عنصر في الكون، الهيدروجين، أصبح حلًا واعدًا لتحقيق نظام طاقة أكثر استدامة بسبب مرونته وقدرته على تخزين كمية كبيرة من الطاقة بالنسبة لوزنه.

إنه ليس مصدرًا أوليًا مثل الشمس، بل ثانويًا، لأنه يجب إنتاجه من مواد خام أخرى مثل الماء، الغاز الطبيعي، أو البايوماس.

عند إنتاجه باستخدام الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي (الذي هو الأسلوب الأكثر شيوعًا حاليًا)، فإن الهيدروجين ليس طاقة نظيفة، لأنه يسبب انبعاثات كربونية كبيرة سنويًا.

然而، عندما يتم استخدامه في خلية الوقود، ينتج الهيدروجين بخار الماء فقط كمنتج ثانوي، مما يجعله وقودًا نظيفًا.

كحامل طاقة مرن، يمكن أن يساعد الهيدروجين في حل تحديات طاقة حرجة. يمكنه دعم دمج المصادر المتجددة في نظام الكهرباء عن طريق تخزين الطاقة لأسابيع أو حتى أشهر.

الهيدروجين منخفض الانبعاثات المنتج باستخدام الطاقة النووية أو المتجددة أو الوقود الأحفوري باستخدام التقاط الكربون، في غضون ذلك، يمكن أن يساعد على تخفيض انبعاثات الغاز في مجموعة من القطاعات. الصناعة الثقيلة والنقل على مسافات طويلة، حيث يعتبر تخفيض الانبعاثات تحديًا خاصًا، يمكن أن يستفيد كبيرًا منه. 然而، لا يزال إنتاج الهيدروجين هذا يلعب دورًا هامشًا، أقل من 1٪ في عام 2023.

يمكن إنتاج الهيدروجين فعلًا من تكنولوجيات مختلفة. أحد أفضل الطرق لإنتاج الهيدروجين المستدام هو من خلال الكهرباء المائية. في هذا الكهرباء المائية المركزة، يتم استخدام الكهرباء لفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين. التكنولوجيا مature و متاحة تجاريًا، على الرغم من أن كفاءتها الطاقة المقدرة تبلغ حوالي 52٪.

من المناهج الأخرى هي الانحلال البيولوجي و العملية الحرارية.

اسحب للاطلاع →

في الوقت الحالي، تواجه تكنولوجيا الهيدروجين تحديات في ما يتعلق بتكلفة الإنتاج، الكفاءة، و الاستدامة البيئية العامة. 然而، نظرًا للحاجة إلى مصادر طاقة نظيفة، يبحث الباحثون في جميع أنحاء العالم دائمًا عن حلول لِهذه المشاكل باستخدام مواد جديدة و تكنولوجيا أفضل.

ابتكارات المحفزات التي تدفع كفاءة الهيدروجين

随着 تقدم تكنولوجيا الهيدروجين من المفاهيم إلى التطبيق التجاري، واحدة من التحديات الرئيسية هي المواد التي تجعل هذه الأنظمة كفية و موسعة النطاق. للتغلب على هذا، يعمل العلماء على مناهج مختلفة.

على مثال، دراسة نشرت هذا الشهر في مجلة نيتشر من قبل الاكاديمية الصينية لعلوم الرئاسة، قدمت ¹ محفز حديدي صغير كبديل للبلاتين في خلايا الوقود الكهربائية (PEMFCs)، مع إمكانية تحويل مستقبل الطاقة النظيفة.

خلايا الوقود الكهربائية هي أجهزة طاقة نظيفة تنتج الكهرباء من الهيدروجين و الأكسجين، مع الماء كونه المنتج الوحيد. 然而، تعتمد بشدة على البلاتين النادر و الغالي كمحفز.

لذلك، عمل الفريق على تطوير محفز حديدي عالي الأداء لخلايا الوقود الكهربائية.

بصفته أستاذ كيمياء في كلية آرتس والعلوم في نورث ويسترن، و أستاذ الهندسة الكيميائية و الهندسة البيولوجية و علوم المواد في مدرسة المهندسة في مكормيك، يعمل ميركين على مشروع مكتبة النانو المegalibrary.

اكتشاف المحفزات السريعة بتقنية النانو

الدراسة الأخيرة اكتشفت محفزًا جديدًا لإنتاج الوقود الهيدروجيني الذي يتميز بكونه كفء من ناحية التكلفة و الطاقة.

نشرت في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية (JACS) هذا الشهر، اكتشف الفريق محفزًا جديدًا لإنتاج الوقود الهيدروجيني الذي يتماشى مع أداء البلاتين في إنتاج الوقود الهيدروجيني، بسعر فرع من التكلفة.

لقد استخدم الفريق مكتبة النانو الجديدة التي تسمى مكتبة النانو المegalibrary للعثور على محفزات تجارية لمنتج الوقود الهيدروجيني.

تم تطوير هذه الأداة الجديدة من قبل علماء من جامعة نورث ويسترن، و تم استخدامها بالتعاون مع باحثين من معهد أبحاث تويوتا (TRI) للعثور على محفزات كفء لإنتاج الوقود الهيدروجيني.

استثمار القوة الهيدروجينية

Bloom Energy Corp (BE ) تعمل في مجال توليد الطاقة الكهربائية الثابتة. ت 提供 منتجين تجاريين: الكهرباء الهيدروجينية لإنتاج الهيدروجين و خادم طاقة بلوم لإنتاج الكهرباء.

الشركة تنتج الهيدروجين من أكبر الكهرباء المائية في العالم، التي تم تثبيتها في مركز أبحاث ناسا أمس، م_generating حوالي 25٪ مزيد من الهيدروجين لكل ميجاوات من الكهرباء المائية التجارية مثل PEM أو القلوية.

حتى الآن، قامت شركة بلوم إينرجي بتثبيت 1.5 جيجاوات من الطاقة المنخفضة الكربون عبر أكثر من 1200 تثبيت عالميًا.

بقيمة سوقية تبلغ 12.38 مليار دولار، تتداول أسهم BE بصرف نحو 53.15 دولار، بزيادة 138.36٪ من السنوات. 最近، تجاوزت أسهم الشركة 55 دولار لتحقيق أرقام قوية جديدة بفضل الاهتمام المزايد من قبل المتوسعين و مراكز البيانات.

أحدث الأخبار والتنميات لشركة بلوم إينرجي كورب (BE)

الختام

أبسط و أكثر عناصر الكون وفرة، الهيدروجين يعد مسارًا لمستقبل أكثر خضرة. 然而، تحقيق هذا الوعد يتطلب استثمارًا و ابتكارًا و تعاونًا عبر الصناعات.

أحدث الانجازات في المحفزات و الكهرباء المائية يمكن أن تساعد في تعزيز كفاءة إنتاج الهيدروجين، مما يؤدي إلى تعجيل انتقال إلى اقتصاد طاقة مستدام.