فوائد وعوائق استعمال الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي

ما هي مزايا وعوائق استخدام الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي، وهل يمكن الاعتماد على غاز الهيدروجين كوقود للمركبات والآلات الصناعية .

وقود الهيدروجين الغازي

وقود الهيدروجين (بالإنجليزية Fuel Hydrogen) هو وقود نظيف، لأنه عندما يتم حرق الهيدروجين كوقود، لا يؤدي احتراقه إلى انبعاثات ضارة بالبيئة، ولكن احتراقه ينتج الماء فقط، والهيدروجين هو العنصر الأكثر انتشارًا في سطح الأرض وبالتالي بديل جيد للوقود الأحفوري، ولكن نظرًا لأن الهيدروجين النقي لا يحدث بشكل طبيعي بكميات كبيرة على الأرض، فإن إنتاجه الصناعي والصناعي يتطلب في الغالب مدخلات طاقة أولية واسعة النطاق، بحيث يمكن إنتاج وقود الهيدروجين من الميثان أو عن طريق يعتبر التحليل الكهربائي للماء ووقود الهيدروجين فعالاً. عالية جدًا في الاحتراق، حيث أن طاقة 1 كيلوجرام من غاز الهيدروجين تعادل طاقة 2.8 كيلوجرام من وقود البنزين، وهذا يشير إلى أن كفاءة الهيدروجين كوقود تقارب ثلاثة أضعاف طاقة البنزين كوقود، وبما أن الهيدروجين يحتوي على كثافة طاقة حجمية منخفضة، فإنه يتم تخزينه بشكل أكبر وتصديره بتكلفة أقل، ويمكن استخدام الهيدروجين لتشغيل مجموعة متنوعة من وسائل النقل والمركبات، ويمكن تخزينه ونقله بكثافة طاقة عالية في صورة سائلة أو غازية.[1]

كيف تصنع وقود الهيدروجين

الهيدروجين هو غاز منتشر في الطبيعة ولكن نادرًا ما يوجد في شكله النقي ولإنتاج الهيدروجين في شكله النقي نحتاج إلى العديد من التفاعلات والعمليات الكيميائية حيث يمكن إنتاج وقود الهيدروجين من خلال عدة عمليات مختلفة.هذه العمليات هي[2]

العمليات الحرارية

العمليات الحرارية هي العمليات التي تتطلب بخارًا بدرجة حرارة عالية جدًا لإنتاج وقود الهيدروجين، حيث يتفاعل البخار مع الوقود الهيدروكربوني لإنتاج الهيدروجين النقي، وهذا الوقود الهيدروكربوني مثل الغاز الطبيعي والديزل والوقود السائل المتجدد والفحم وحوالي 95٪ من الإجمالي. يتم إنتاج الهيدروجين من إعادة التشكيل البخاري للغاز الطبيعي.

العمليات الكهروضوئية

عمليات التحليل الكهربائي، وهي عملية التحليل الكهربائي التي تفصل الماء إلى أكسجين وهيدروجين، وتحدث عمليات التحليل الكهربائي في محلل كهربي، والذي يعمل مثل خلية الوقود والمحلل الكهربائي ينتج الهيدروجين من جزيئات الماء بدلاً من طاقة جزيء الهيدروجين.

تعمل بالطاقة الشمسية

تستخدم العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية الضوء كوسيلة لإنتاج الهيدروجين وهناك العديد من العمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين مثل

• العمليات الحيوية الضوئية تستخدم العمليات الحيوية الضوئية نشاط التمثيل الضوئي الطبيعي للبكتيريا والطحالب الخضراء لإنتاج الهيدروجين.
• العمليات الكهروكيميائية الضوئية تستخدم العمليات الكهروكيميائية الضوئية أشباه موصلات خاصة لفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين.

العمليات البيولوجية

العمليات البيولوجية هي العمليات التي تستخدمها الميكروبات مثل البكتيريا والطحالب الدقيقة، حيث يمكن إنتاج الهيدروجين من خلال هذه التفاعلات البيولوجية وهناك نوعان من هذه العمليات

• تحويل الكتلة الحيوية الميكروبية هنا، يتم تفكيك الميكروبات والمواد العضوية مثل الكتلة الحيوية أو مياه الصرف الصحي لإنتاج الهيدروجين.
• العمليات الحيوية الضوئية تستخدم الميكروبات ضوء الشمس كمصدر للطاقة ولإنتاج الهيدروجين.

إيجابيات وسلبيات استخدام الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي

استخدام الهيدروجين كوقود بديل للوقود الأحفوري له العديد من المزايا، ولكن هناك أيضًا عيوب يمكن أن تجعل من الصعب استخدام هذا الوقود على نطاق واسع.[3]

مزايا استخدام الهيدروجين كوقود

• الطاقة الآمنة يمكن إنتاج الهيدروجين من موارد مثل الغاز الطبيعي والفحم والطاقة الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية، وكلها تعتبر طاقة آمنة ونظيفة ومتجددة ولا تلوث البيئة.
• الصحة العامة والبيئة تعتبر الانبعاثات من مركبات البنزين والديزل المستخدمة اليوم، مثل أكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات، مصدرًا رئيسيًا للتلوث والاحتباس الحراري، لكن وقود الهيدروجين لا ينبعث منه انبعاثات ضارة في البيئة لأن انبعاثات وقود الهيدروجين تنتج الماء فقط.
• احتياطيات الوقود يعتبر الهيدروجين أحد أكثر العناصر شيوعًا على سطح الأرض.

معوقات استخدام الهيدروجين كوقود

• الهيدروجين الموجود على الأرض ليس نقيًا ويتطلب عمليات تفصله عن المركبات الكيميائية الأخرى.
• بناء عدد كبير من المحطات لتزويد الوقود الهيدروجيني سواء كان سائل أو غازي.
• يعتبر فصل الهيدروجين عن المركبات الأخرى حاليًا مكلفًا للغاية.
• الهيدروجين في حالته الغازية شديد الضغط والثقيل، وهذه الحالة تجعل نقله من مكان إلى آخر مكلفًا.

في نهاية هذه المقالة، تعرفنا على مزايا وعيوب الهيدروجين كوقود بديل في محركات الاحتراق الداخلي، وحددنا الطرق والعمليات الرئيسية المستخدمة لإنتاج الهيدروجين، وشرحنا بالتفصيل ما هو وقود الهيدروجين.