الاستدامة
تخزين الهيدروجين – هل وقود الطائرات النفاثة المستند إلى اللجنين هو الجواب؟
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
جعل الهيدروجين يعمل
Electrification with batteries might not be enough to replace fossil fuels in transportation, especially shipping and air travel. The same can be said for industrial processes requiring very hot temperatures. Even with recent battery technology improvements, electricity is difficult to store without heavy or too large batteries.
بديل تم النظر إليه منذ وقت طويل هو الهيدروجين. بما أن الهيدروجين الأخضر يمكن إنتاجه من الطاقة المتجددة، فهو طريقة جيدة لتحويل الطاقة الخضراء إلى وقود سائل كثيف.
مع ذلك، تأخر الهيدروجين الأخضر عن حلول خضراء أخرى لسببين: إنتاج الهيدروجين مكلف، وتخزينه صعب.
يتم معالجة مسألة الإنتاج من عدة زوايا بعيدًا عن التحليل الكهربائي المائي التقليدي، مثل، على سبيل المثال، التركيب الضوئي الاصطناعي, الميكروويف وأكسيد السيريوم, أو التحليل الكهربائي القائم على النيكل, باستخدام خردة المعادن.
التخزين مسألة أكثر تعقيدًا، حيث إن الهيدروجين متقلب جدًا، قابل للاشتعال، وصعب الاحتواء لأنه أصغر ذرة ممكنة. لهذا السبب من المهم أن العلماء قد حققوا اختراقًا في هذا المجال.
The researchers working at the Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory, University of New Haven, and Natural Resources Canada have published their results in the International Journal of Hydrogen Energy, under the title “إزالة الهيدروجين داخل الموقع من وقود الطائرات النفاثة المستند إلى اللجنين: حامل هيدروجين عضوي سائل جديد ومستدام”1.
تخزين ونقل الهيدروجين
Hydrogen gas is one of the Universe’s smallest molecules, being made of only two of the lightest atoms in the periodic table. As a result, it tends to have a few characteristics undesirable for an energy carrier:
- كثافة منخفضة.
- متقلب وقابل للاشتعال.
- صعب الاحتواء، حيث يتسرب بين الروابط الجزيئية لوعائه.
All of these aspects of hydrogen tend to make its storage and transport expensive and technically complex.
الميول إلى التفاعل مع الصلب وجعله هشًا لا يساعد أيضًا، لأنه يستلزم وجود أنابيب هيدروجين متخصصة للنقل لمسافات طويلة، بدلاً من شبكة الأنابيب الأرخص المستخدمة للغاز الطبيعي.
An idea to avoid these issues is تحويل الهيدروجين إلى أمونيا، وهو وقود سائل أسهل كثيرًا في التعامل. ومع ذلك، يقلل ذلك من الكفاءة العامة للعملية. كما أن اقتصاد الأمونيا سيتطلب بناء بنية تحتية خاصة به من الصفر.
وقود مستند إلى اللجنين
A new alternative proposed by the researchers is to use an experimental fuel based on lignin, an organic polymer found in plants. The fuel was developed in Pr Bin Yang’s laboratory and analyzed with nuclear magnetic resonance (NMR) at the Pacific Northwest National Laboratory.
المصدر: Washington State University
تم تطوير هذا مسبقًا وثبت أن نفايات النباتات من الزراعة يمكن تحويلها إلى وقود طيران مستدام. كما أن مزيج الوقود هذا كان أكثر كثافة طاقة من المنتجات القائمة على الوقود الأحفوري، وكان يقلل التلوث أيضًا عن طريق استبدال جزيئات العطرية (دورات الكربون) التي تُضاف عادةً إلى وقود الطيران.
وقود اللجنين الحامل للهيدروجين
The new research proved that this lignin sustainable aviation fuel can be used as a hydrogen carrier, without requiring energy-wasting chemical changes like for ammonia production.
يعمل ذلك من خلال جعل وقود الطائرات النفاثة المستند إلى اللجنين (LJF) يطلق ذرات الهيدروجين المحتواة فيه (أحادي، ثنائي، وثلاثي سيكلوهيكسيل ألكانات) عند تعرضه لجسيمات نانوية من البلاتين على ألومينوسليكات بلوري.
سمى الباحثون هذه العملية بـ«حامل هيدروجين عضوي سائل قائم على وقود الطائرات النفاثة المستند إلى اللجنين (LJF-HyC)».
The part of the lignin jet fuel carrying hydrogen was estimated by nuclear magnetic resonance (NMR) to represent 18.5% of the total.
«يمكن لهذه التقنية الجديدة القائمة على وقود الطائرات النفاثة المستند إلى اللجنين أن تمكّن من تخزين هيدروجين فعال وعالي الكثافة في وقود طيران مستدام سهل التعامل، مما يلغي الحاجة إلى خزانات مضغوطة للتخزين والنقل.»
استخدام البنية التحتية الحالية
What makes this process interesting is that there is already a massive infrastructure for carrying jet fuel and other similar liquid fuels. So, instead of trying to store and transport pure hydrogen, LJF could be used to transport hydrogen from point A to point B.
It could also easily be used to store hydrogen, as jet fuel storage is commonly used and economical.
«توفر هذه الابتكار فرصًا واعدة للتوافق مع البنية التحتية الحالية والجدوى الاقتصادية للإنتاج القابل للتوسع.
يمكن أن يساعد في إنشاء نظام تآزري يعزز الكفاءة والسلامة والفوائد البيئية لكل من وقود الطيران المستدام وتقنيات الهيدروجين.
الخطوة التالية للباحثين هي هدف تصميم محفز مدفوع بالذكاء الاصطناعي يعزز ويكمل تفاعلات الهدرجة، مما يجعلها أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة.
شركة الهيدروجين
PLUG مخطط السعر
Plug Power (PLUG ) هي رائدة في مجال الهيدروجين الأخضر، مع تركيز على خلايا الوقود. ومن الجدير بالذكر أن خلايا الوقود لديها تشغل أكثر من 40,000 رافعة شوكية، مع إيرادات ارتفعت 8 أضعاف منذ عام 2013. كما أنها نشطة في بناء بنية تحتية للهيدروجين مثل إنتاج الهيدروجين، واللوجستيات، وتوليد الطاقة على نطاق المرافق، والتسليمات.
المصدر: Plug Power
تسعى الشركة إلى التوسع لتقليل تكاليف الإنتاج من 10 دولارات/كغ إلى 4 دولارات/كغ، مع مضاعفة الإنتاج 14 مرة بحلول عام 2027.
المصدر: Plug Power
بسبب الاستثمارات الضخمة لزيادة طاقة الإنتاج 19 مرة منذ عام 2020، لا تزال الشركة غير مربحة حتى الآن. أدى ذلك إلى تقريبًا مضاعفة الإيرادات من بداية إلى نهاية عام 2023. من المتوقع أن يأتي معظم الأعمال الحالية والمتوقعة من أمريكا الشمالية.
تعتبر الشركة حلولها إما وقود تنقل مباشر أو مكمل للمركبات الكهربائية، حيث يسمح الهيدروجين بتقليل الضغط على شبكة الشحن القصوى للمركبات الكهربائية التي لا تتطابق مع أوقات إنتاج الطاقة المتجددة خلال اليوم.
المصدر: Plug Power
كمنتج رئيسي لخلايا الوقود، ستستفيد Plug Power بشكل كبير من التحول نحو اقتصاد قائم على الهيدروجين. ظهور حامل هيدروجين رخيص وآمن سيحسن بشكل جذري اقتصاديات استخدام الهيدروجين كمصدر للوقود.
لذلك يجعل هذا Plug Power سهمًا جيدًا للمراهنة على التحول نحو الهيدروجين بشكل عام، مع نمو الطلب على خلايا الوقود الخاصة بها في كل مرة يتم فيها اختراع طريقة أرخص لإنتاج أو تخزين أو نقل الهيدروجين.
مرجع الدراسة:
1. Andrew S. Lipton وآخرون (2025) إزالة الهيدروجين داخل الموقع من وقود الطائرات النفاثة المستند إلى اللجنين: حامل هيدروجين عضوي سائل جديد ومستدام. International Journal of Hydrogen Energy المجلد 98, 13 يناير 2025, الصفحات 1275-1282
