المجلة العلمية اهرام مجلة مستقلة تحت إشراف هاني سلام
اعداد د. كيميائيه. ميسه صلاح الدين اسماعيل
مدير عام البحوث والتطوير
شركه مياه الشرب بالاسكندريه
احدي الشركات التابعه للشركه القابضه لمياه الشرب والصرف الصحي
الفرق بين الهيدروجين الاخضر والازرق والرمادي
انتاج الهيدروجين:
هناك عدة طرق لإنتاج الهيدروجين، يستخدم فيها الغاز الطبيعي، إلا أن هذه الطرق يصاحبها انبعاثات من ثاني أكسيد الكربون، ولذا يطلق على الهيدروجين المنتج بهذه الطريقة ” الهيدروجين الرمادي” ويمكن التخلص من تلك الانبعاثات عبر تطبيق تقنية اصطياد واحتجاز الكربون CCS ويطلق عليه في هذه الحالة اسم ” الهيدروجين الأزرق ” كما يمكن إنتاج الهيدروجين من عملية التحليل الكهربائي للماء، وإذا كانت الكهرباء المستخدمة في تلك العملية مولدة من مصادر طاقة متجددة كالرياح والطاقة الشمسية، فيعد الهيدروجين في تلك الحالة “هيدروجين أخضر” ولا ينتج عنه بطبيعة الحال أية انبعاثات من غاز ثاني أكسيد الكربون. وفي مصر سيتم إنتاج الهيدروجين الأخضر باستخدام الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة، وكذلك إنتاج الهيدروجين الأزرق من خلال تخزين ثانى أكسيد الكربون في حقول الغاز الطبيعى المتقادمة،
فرق الجود ة
يختلف الهيدروجين الأخضر عن الأزرق في الجودة، حيث يتمتع الهيدروجين الأخضر بدرجة أعلى من النقاء ويمكن استخدامه على الفور، مثل الاستخدام في خلية وقود السيارة، ويحتوي الهيدروجين الأزرق على مستوى نقاء أقل، وهو ما يكفي للاستخدام الصناعي .يعتبر إنتاج الهيدروجين الأزرق وسيلة “لإزالة الكربون” من الصناعة، أي تقليل ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع وبتكلفة منخفضة نسبيًا.
صديق البيئة
يعتبر الهيدروجين الاخضر عضو جديد في مجموعة الطاقة الجديدة والمتجددة بخلاف الهيدروجين الازرق الذي يعتمد علي الوقود الحفوري مثل الغاز الطبيعي. والهيدروجين الاخضر يختلف عن الازرق كونه صديق للبيئة حيث لا يؤثر علي البئة نهائيا لانه لا يطلق اي انبعاثات لغاز ثاني اكسيد الكربون ام الهيدروجين الازرق يقلل انبعاثات الكربون حتي نسبة ٩٠ ٪ فقط .
مزايا الهيدروجين الأخضر في خفض التلوث
إن الهيدروجين غاز يمكن اشتعاله دون انبعاث ذرات كربون، ثم أن الغازات الكربونية لها تأثير حرارى يؤدى تغير المناخ واختراق لطبقة الأوزون، وهذا ما حدث حاليا فى غطاء الأوزون.
أن الثورة الصناعية واعتمادها على الوقود الأحفورى، سببت التلوث وارتفاع درجات الحرارة، مشيرا إلى أن المصانع التى تستخدم الوقود فى عملية الإنتاج تنتج تلوثا، والسيارات تسير بالبنزين وتنتج كربونا يلوث الجو، ويؤدى إلى الاحتباس الحرارى واحتراق الغابات لزيادة الحرارة، وانعكاس ذلك على حياة الأفراد.
الهواء المكون للغلاف الجوى يتكون من خليط من الغازات المختلفة، وعلى الرغم من أهمية غاز الأكسجين للحياة على الأرض إلا أن غالبية الغلاف الجوى مكونة من النيتروجين، إذ يتكون الغلاف الجوى من نحو 78% من النيتروجين، و21% من الأكسجين، و0.9% من الأرجون، و0.1% من غازات أخرى، التى تشمل كميات ضئيلة من ثانى أكسيد الكربون، والميثان، وبخار الماء، والنيون، والهيدروجين، والهيليوم.
كما ان الدول الصناعية العشرين يوجد لديها طفرة فى التعامل مع الكربون، مثل ألمانيا التى بادرت إلى البحث عن وقود لا ينتج عند اشتعاله عوادم كربونية، مؤكدا أن الثورة الصناعية للطاقة تنتقل من الوقود الأحفورى إلى الغاز الطبيعى ثم الطاقة المتجددة والطاقة النووية ثم الهيدروجين.
حيث ان الفحم ينتج عوادم كربونية بنسبة 100%، والوقود الأحفورى ينتج 70% كربونا والغاز 20% والطاقة المتجددة والهيدروجين لا ينتجان أى عوادم كربونية، لنعود إلى صفر كربون.
وتمثل المياه ثلثى الكرة الأرضية وبالتالى فهى منتج متوافر لإنتاج طاقة متجددة من الهيدروجين الأخضر، ويمكن نقله فى أنابيب عبر مسارات حول العالم للدول التى ليس لها سطوع شمسى ولو لديها رياح تنتجه من الرياح.
وتم المطالبه في مؤتمر الأمم المتحدة للتغير المناخى cop26 بأن يتجه العالم خاصة الدول المطلة على البحار والمحيطات لاستخدام المياه وإنتاج الهيدروجين، حيث أن الهيدروجين سيكون وقودا للمنازل فى المستقبل وللسيارات.
ووجد ان الصين أكبر ملوث للمناخ على مستوى العالم لأن الفحم مصدر الطاقة الرئيسى لديها، وتنتج انبعاثات ملوثة للبيئة فى حدود 45%، و28% لأمريكا، و20% للهند، فى حين أن مصر وكل دول أفريقيا لا يزيد عن 4%.. حيث ان استخدام الفحم والوقود الأحفورى أكبر ملوث للكرة الأرضية والبشرية والثورة الصناعية، أفسدت المناخ والعالم سيدفع ثمن تغيير المناخ.
يواجه العالم مشكلة توفير الطاقة للصناعات الثقيلة من الطاقة المتجددة لأن الفحم والبترول هى الطاقة الوحيدة حاليا التى تستطيع تشغيل أفران الصناعات الثقيلة التى تحتاج درجة تسخين عالية كالحديد والصلب والأسمدة.
وادي التلوث للاحتباس الحرارى وارتفاع درجات الحرارة وذوبان الجليد فى القطب الشمالى وارتفاع مستوى المياه فى المحيط الأطلنطى، ووصول هذا الضرر إلى مصر بزيادة ارتفاع المياه بفرعى رشيد ودمياط وتضرر الفلاحين من زيادة المياه المالحة وقلة خصوبة الأرض. وادي ايضا الي حرائق الغابات التى شهدها العالم فى بعض الدول الأوروبية، وحرق الأوراق الخضراء التى تمتص أكاسيد الكربون وتخفف الاحتباس الحرارى، لأن الغابات تمد العالم بالأكسجين فهى «مصنع الأكسجين»، والتغير المناخى أدى للأعاصير وتدمير البيئة وتسخين المياه فى المحيط، وإفساد نظم البيئة بقتل الطحالب الخضراء المنتجة للأكسجين، وأصبح بدلا منها الطحالب الزرقاء الملوثة للبيئة.
ومن المؤكد ان مؤتمر الأمم المتحدة للتغير المناخى cop27 المقبل فى مدينة شرم الشيخ، سيساعد مصر فى عرض تأثر مصر ودول أفريقيا بالتغيرات المناخية الناتجة عن التلوث الصناعى للدول الكبرى.
سيكون المؤتمر فرصة لمطالبة مصر بأن على المجتمع الدولى خاصة العشرين الصناعية، بتقديم المزيد من المنح للدول الأفريقية لتقليل نتائج الضرر الواقع عليها نتيجة التغيرات المناخية، وبدون التزام شركات البترول والفحم الكبرى باستخدام تكنولوجيا حديثة لتقليل التلوث والاتجاه نحو الطاقة النظيفة واستخدام الطاقة المتجددة والهيدروجين الأخضر لن يتوقف التلوث، مؤكدا أن من يتحكم فى قرار خفض الانبعاثات الضارة بالبيئة هى الشركات الكبرى.
عيوب الهيدروجين الأخضر
من أهم عيوب الهيدروجين الأخضر هو أنه مكلف جدًا برغم من توافره لكن عملية فصله مكلفة للغاية. يصعب نقله و يتم من خلال أنابيب أو صهاريج حيث تقدم الهيدروجين في صورة سائلة ومن خلال هذه العملية من الممكن أن يحدث تسرب للهيدروجين كما تجعل من الصعب نقل الوقود بكميات كبيرة.يعتبر غاز الهيدروجين مادة شديدة الاشتعال ومتطايرة مما يجعله وقودًا محفوفًا بال مخاطر للعمل معه . يصعب تخزينه لانه غاز أخف بكثير من البنزين مما يجعل من الصعب تخزينه ونقله ، لكي نتمكن من تخزينه ، نحتاج إلى ضغطه في سائل وتخزينه في درجة حرارة منخفضة بخلاف إن الكميات الكبيرة من الضغط اللازم لتخزين الهيدروجين لذا يلزم وجود أجهزة استشعار لاكتشاف التسريبات.
اهتمام المجتمع الدولى والتحديات
يتميز الهيدروجين بتواجده فى العديد من المركبات المتواجدة بوفرة فى الطبيعة، ولكن تتطلب عملية إنتاجه توفير مصدر للطاقة، وبالتالى عند التخطيط لتنفيذ مشروع لإنتاجه لابد من ضمان توافر كل من المادة الخام ومصدر للطاقة التى ستستخدم فى عملية الإنتاج، وعادة ما يتم استخدام الألوان فى تمييز الهيدروجين حسب طريقة الإنتاج المستخدمة.
يعد الهيدروجين الأخضر النوع الرئيسى محل الاهتمام الدولى كونه يعتمد على استخدام الطاقة المتجددة، ولا يتسبب أثناء إنتاجه فى أى انبعاثات كما هو الحال مع الهيدروجين الرمادى.
بالرغم من الطاقة التى يوفرها الهيدروجين وما سيخلقها من فرص، هناك عقبات يجب العمل على تجاوزها لتحقيق اقتصاد الهيدروجين، وهى ارتفاع التكلفة التى يجب العمل على تقليلها حيث تصل تكلفة إنتاجه فى بعض المناطق إلى نحو خمسة أمثال تكلفة الغاز الطبيعى على سبيل المثال.
ومن الضروري إنشاء بنية تحتية لنقل وتوزيع الهيدروجين بما يسمح بتأسيس تجارة دولية له على غرار النفط والغاز الطبيعى؛ حيث لا تزال شبكات الهيدروجين محدودة للغاية وتنحصر فى مناطق بعينها، ويمثل مجموع أطوالها حوالى 0.2% تقريبا من مجموع أطوال شبكات نقل وتوزيع الغاز الطبيعى عالميا.
ثم أن التحدى الآخر يتعلق بالحاجة إلى وضع سياسات وإعداد قواعد وإجراءات تنظيمية؛ حيث يجب على صناع القرار السياسى الإسراع بإدخال التعديلات والتغييرات المطلوبة على الأطر التشريعية والتنظيمية التى تضبط وتشجع على استخدام الهيدروجين فى التطبيقات المختلفة، ونحن لا نزال فى مرحلة مبكرة جدا للوصول إلى اقتصاد للهيدروجين.
لجأت الدول الأوروبية لخيار الهيدروجين بسبب التحديات الفنية والاقتصادية التى تعيق استخدام مصادر الطاقة المتجددة على نطاق واسع للوصول إلى مستقبل خالٍ من الكربون؛ حيث ثبت عمليا أن نموذج الكهرباء المتجددة مكلف للغاية، وتحقيق نزع للكربون منه بشكل عميق سيأخذ وقتا طويلا علاوة على صعوبة تطبيقه فى بعض الصناعات التى تحتاج إلى الوقود الأحفورى، كما أن الطبيعة المتقطعة للطاقة المتجددة مثل ارتفاع أو انخفاض سرعة الرياح تؤثر على ثبات واستقرار الشبكات، وبالتالى لا يمكن الاعتماد عليها بصورة منتظمة.
ومن هنا بدأ الاهتمام يتجه نحو إيجاد بدائل أو مكملات مع مصادر الطاقة المتجددة لتحقيق تلك الغاية؛ حيث برز الهيدروجين كأحد تلك الحلول مكتسبا زخما دوليا غير مسبوق حول الدور الذى يمكن أن يساهم به فى عملية تحول الطاقة وخلق مستقبل للطاقة خالٍ من الكربون؛ حيث لا ينتج عند حرقه أى انبعاثات، وقد جاء هذا الاهتمام ممثلا فى خطط ومبادرات أعلنتها عدة دول وشركات عالمية ومنظمات دولية معنية بأمور الطاقة.
ومن المتوفع أن يكون للهيدروجين مستقبل واعد فى عملية تحول الطاقة فى عدة قطاعات اقتصادية، الأمر الذى سيسمح بتقليل الاعتماد على مصادر الوقود الأحفورى نظرا لإمكانية استخدامه مباشرة كمصدر للوقود، أو حامل للطاقة واستخدامه عبر تطبيقات خلايا الوقود، أو كمادة خام للعديد من الصناعات مثل صناعة السماد والمواد الكيميائية وصناعة التكرير، كما يمكن استخدامه لتوفير الحرارة فى الصناعات كثيفة استهلاك الطاقة مثل صناعة الصلب.
المراجع
Air Products. 2020a. “Air Products Qudra Breaks Ground for World-Class, Fully-Integrated Industrial Gases Hub in Jubail, Saudi Arabia.” Last modified February 24, 2020. https://www.airproducts.com/company/ news-center/2020/02/0224-air-products-qudra-groundbreaking-in jubailsaudi- arabia.
2020b. “Air Products, ACWA Power and NEOM Sign Agreement for $5 Billion Production Facility in NEOM Powered by Renewable Energy for Production and Export of Green Hydrogen to Global Markets.” Last modified July 7, 2020. https://www.airproducts.co.uk/ news-center/2020/07/0707-air-products-agreement-for-green ammonia production- facility-for-export-to-hydrogen-market.
Almazeedi, Wael, Mohammad Al-Ramadhan, Dalal Al-Sirri, Mamun Halabi, Fawzi Hamadah, and Omar Essam. 2021. “White Paper Towards a Hydrogen Strategy for Kuwait.” Kuwait: Kuwait Foundation for the Advancement of Sciences, January 2021.
Blazquez, Jorge, Spencer Dale, and Paul Jefferiss. 2020. “The Role of Carbon Prices in the Energy Transition.” Decarbonization Pathways for Oil and Gas 121:1–4. https://www.oxfordenergy.org/publications/ oxford-energy-forum-decarbonization-pathways-for-oil-and-gas-issue-121/.
Bloomberg New Energy Finance. 2021. “G20 Zero-Carbon Policy Scoreboard: Issue 2021.” Bloomberg New Energy Finance, February 1.
https://www.bnef.com/insights/25421.
Bloomberg New Energy Finance. 2020. “Hydrogen Economy Outlook: Will Hydrogen Be the Molecule to Power a Clean Economy?” Bloomberg New Energy Finance, March 30. https://www.bnef.com/insights/22567/view.
BP. 2020. BP Statistical Review of World Energy 2020. London: British Petroleum. https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/ corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2020-full-report.pdf.
