كيف يمكن إنتاج الهيدروجين وشحنه واستخدامه كوقود للسيارات لأن الهيدروجين هو أبسط العناصر وأكثرها وفرة على الأرض، فهو يتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد، ويمكن للهيدروجين أن يخزن ويوفر طاقة قابلة للاستخدام، ولكنه لا يحدث بمفرده في الطبيعة ويجب أن يكون مصنوعًا من المركبات التي تحتوي عليها.
جدول المحتويات
كيف يمكن إنتاج الهيدروجين وشحنه واستخدامه كوقود للسيارات
على الرغم من أن الهيدروجين عنصر وفير على الأرض، إلا أنه لا يوجد بمفرده، ولكنه موجود دائمًا كجزء من مركب آخر مثل الماء (H2O) أو الميثان (CH4) ويجب فصله إلى هيدروجين نقي (H2) لاستخدامه في خلية الوقود أنظمة السيارات الكهربائية حيث يتحد وقود الهيدروجين مع الأكسجين القادم من الهواء عبر خلية وقود ينتج عنها إنتاج الكهرباء والماء من خلال عملية كهروكيميائية وهنا في هذا القسم سنتعرف بالتفصيل على كيفية إنتاج الهيدروجين ونقله واستخدامه كوقود للسيارات [1]
عملية إنتاج الهيدروجين
هناك عدة طرق لإنتاج الهيدروجين وبعضها موضح أدناه
- تحويل الغاز الطبيعي إلى غاز الهيدروجين الغاز الطبيعي عبارة عن خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون. لإنتاج الهيدروجين، يتفاعل الغاز الطبيعي مع بخار الماء عالي الحرارة، حيث يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الماء لينتج هيدروجين إضافي، وهذه الشرح طريقة هي الأرخص والأكثر فعالية والأكثر شيوعًا.
- التحليل الكهربائي يعني التحليل الكهربائي تمرير تيار كهربائي لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين، وعندما يتم توليد الكهرباء من مصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، يعتبر الهيدروجين الناتج أيضًا متجددًا.
- إعادة تشكيل السوائل المتجددة يتفاعل الوقود السائل المتجدد مثل الإيثانول مع البخار عالي الحرارة لإنتاج الهيدروجين بالقرب من نقطة الاستخدام النهائي.
- التخمير يتم تحويل الكتلة الحيوية إلى مواد خام غنية بالسكر يمكن تخميرها لإنتاج الهيدروجين.
عملية شحن الهيدروجين
يتم توزيع الهيدروجين (مشحون) بثلاث طرق على النحو التالي
- خط الأنابيب هذه هي الشرح طريقة الأقل تكلفة لنقل كميات كبيرة من الهيدروجين، ولكن يوجد حاليًا حوالي 1600 ميل فقط من خطوط الأنابيب الأمريكية المتاحة لتسليم الهيدروجين، وهذه الأنابيب قريبة من مصافي النفط الرئيسية والمصانع الكيماوية فقط في إلينوي، كاليفورنيا، و ساحل الخليج.
- مقطورات أنابيب الضغط العالي هذه الشرح طريقة مكلفة للغاية لأن غاز الهيدروجين المضغوط يتم نقله بواسطة الشاحنات أو السكك الحديدية أو السفن في مقطورات ذات أنابيب عالية الضغط، وهي أيضًا باهظة الثمن وتستخدم بشكل أساسي لمسافات تصل إلى 200 ميل أو أقل.
- خزانات الهيدروجين المسال تتضمن هذه الشرح طريقة تبريد الهيدروجين إلى درجة حرارة معينة حيث يصبح سائلاً، وبينما تكون عملية التسييل باهظة الثمن، فإنها تسمح بنقل الهيدروجين بكفاءة أكبر (مقارنة باستخدام مقطورات أنابيب الضغط العالي) لمسافات أطول بواسطة الشاحنة أو عربة قطار أو سفينة.
استخدام الهيدروجين كوقود للسيارات
تستخدم مركبات خلايا الوقود غاز الهيدروجين لتشغيل محرك كهربائي، على عكس مركبات البنزين أو الديزل التقليدية، حيث تجمع السيارات والشاحنات التي تعمل بخلايا الوقود بين الهيدروجين والأكسجين لتوليد الكهرباء التي تشغل المحرك، وتحويل غاز الهيدروجين إلى ماء وكهرباء. -المنتج، لذلك لا تسبب المركبات التي تعمل بخلايا الوقود انبعاثات عادم عند القيادة. [2]
يستخدم الهيدروجين
وبعد أن تعرف كيف يمكن إنتاج الهيدروجين وشحنه واستخدامه كوقود للسيارات من المهم التطرق إلى الاستخدامات الأخرى للهيدروجين حيث توجد استخدامات عديدة للهيدروجين كوقود وهي كالآتي [3]
- الهيدروجين هو وقود نظيف عندما يتم استهلاكه في خلية وقود ينتج الماء والكهرباء والحرارة فقط.
- يمكن أن تلعب خلايا الهيدروجين والوقود دورًا مهمًا في استراتيجيات الطاقة الوطنية، مع إمكانية استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات عبر كل قطاع تقريبًا مثل النقل والتجاري والصناعي والسكني والمتنقل.
- يمكن لخلايا الهيدروجين والوقود توفير الطاقة لاستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك توزيع الحرارة والطاقة ؛ وأنظمة التخزين والتفعيل للطاقة المتجددة.
- تستخدم كقوة مساعدة للشاحنات والطائرات والقطارات والسفن والمركبات الخاصة مثل الرافعات الشوكية والشاحنات والشاحنات ؛ وحافلات الركاب.
- تمتلك خلايا الهيدروجين والوقود القدرة على تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في العديد من التطبيقات.
في نهاية هذا المقال نؤكد على أهمية استخدام الهيدروجين كوقود لما له من فوائد عديدة، أولها تقليل التلوث على هذا الكوكب، وما يؤكد ذلك هو ما تم طرحه في هذه المقالة عند الإجابة على سؤال كيف يمكن للهيدروجين أن يتم إنتاجه ونقله واستخدامه كوقود للسيارات.
- ^afdc.energy.gov، إنتاج وتوزيع الهيدروجين 11/29/2024
- ^ucsusa.org، كيف تعمل مركبات خلايا وقود الهيدروجين 11/29/2024
- ^energy.gov، الهيدروجين ناقل طاقة نظيف ومرن 11/29/2024