التحليل الكهربائي هو عملية كيميائية تستخدم الكهرباء لتقسيم الماء إلى الهيدروجين والأكسجين. هذه التقنية تعتبر حجر الأساس لإنتاج الهيدروجين الأخضر، حيث تسمح باستخدام الطاقة الكهربائية من مصادر متجددة مثل الرياح أو الطاقة الشمسية، دون إنتاج انبعاثات ضارة. تتنوع تقنيات التحليل الكهربائي، ومن أشهرها «التحليل الكهربائي القلوي – Alkaline electrolysis» و «تحليل الأغشية البروتونية – Proton Exchange Membrane (PEM) electrolysis»، وغيرها الكثير. بينما بعض هذه الأنواع متاحة تجاريًا، فإن أنواعاً أخرى لا تزال قيد التطوير أو البحث.
في سياق مشاريع الهيدروجين، تعتبر المحللات الكهربائية جزءًا أساسيًا وغالبًا ما تشكل جزءًا كبيرًا من التكلفة الإجمالية لإنتاج الهيدروجين. على الرغم من ثقل وزن تكلفتها مقارنة بأجزاء النظام الأخرى، فإن الابتكارات المستمرة تهدف إلى تقليل هذه التكاليف وزيادة الكفاءة، مما يجعل الهيدروجين الأخضر خيارًا أكثر جاذبية واستدامة.
شهدت قدرة تصنيع المحللات الكهربائية نموًا سريعًا في عام 2023، اذ ارتفعت القدرة التصنيعية الحالية للمحللات الكهربائية إلى 23 غيغاواط سنويًا مع نهاية عام 2023، مقارنة مع 12 غيغاواط في عام 2022، ومن المتوقع أن تستمر هذه الزيادة مع ارتفاع الطلب على الهيدروجين الأخضر. وتُظهر البيانات أن الصين تستحوذ على النصيب الأكبر من قدرة تصنيع المحللات الكهربائية عالميًا، بنسبة 60% من إجمالي القدرة لعام 2023.
تُعد صناعة مُحللات «مُحللات الهيدروجين الأخضر – Green Hydrogen Electrolyzers» سوقًا ناشئة يشهد تطورًا سريعًا، مع وجود عدة شركات رائدة مثل ITM Power، Nel Hydrogen، وAir Liquide، التي تُعتبر من الرواد في هذا المجال. هذه الشركات مُنخرطة بشكل فعال في تطوير وتجارة تقنيات تحليل الهيدروجين الأخضر، مما يعكس الاهتمام المتزايد والإمكانات الكبيرة لهذه التكنولوجيا في دعم الجهود البيئية وتلبية الطلب المتنامي على الطاقة المستدامة.
الأنواع والمقارنات
عند الحديث عن أنواع تكنولوجيا التحليل الكهربائي، هناك نوعان رئيسيان: «التحليل الكهربائي القلوي – Alkaline electrolysis» و «تحليل الأغشية البروتونية – Proton Exchange Membrane (PEM) electrolysis» . يستخدم التحليل الكهربائي القلوي «Alkaline» محلول مائي من هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) كإلكتروليت، وهو غير مكلف نسبيًا. ومع ذلك، يتطلب التشغيل عند درجات حرارة وضغط عاليين، ونقاء الهيدروجين فيه أقل مقارنة بأنواع التحليل الأخرى.
من ناحية أخرى، يستخدم تحليل الأغشية البروتونية «PEM» غشاءً ناقلاً للبروتونات، مثل Nafion، كإلكتروليت. يمكن أن يعمل تحليل الأغشية البروتونية «PEM» عند درجات حرارة وضغوط أقل وينتج هيدروجين بنقاء عالٍ نسبيًا. ومع ذلك، فإن تحليل الأغشية البروتونية «PEM» أعلى تكلفةً من التحليل القلوي «Alkaline».
الشكل1: محللات كهربائية قلوية «Alkaline» وومحللات الأغشية البروتونية «PEM»
في عام 2021، شكّل قطاع التحليل الكهربائي القلوي 66.18% من حصة إيرادات السوق العالمي. تتميز مُحللات الهيدروجين القلوية «Alkaline» بساعات تشغيل أعلى مقارنة بمُحللات الأغشية البروتونية «PEM»، لكنها تمتلك كثافات طاقة وتيار أقل مع نطاق درجة حرارة تشغيل تتراوح بين 100-105 درجة مئوية، مقارنة بنطاق 70-90 درجة مئوية لمُحللات الأغشية البروتونية.
مع ذلك، من المتوقع أن تشهد مُحللات الأغشية البروتونية معدل نمو أعلى خلال الفترة المتوقعة. إذ توفر الإلكتروليتات البلاستيكية المتخصصة الصلبة مرونة وظيفية أعلى لمُحلل الأغشية البروتونية مقارنة بنظيره القلوي. يُمكن أن يُعزى النمو الكبير إلى التوصيل البروتوني العالي، وانخفاض نفاذية الغاز، وانخفاض سُمك الأغشية البروتونية.
تركز الشركات في الصناعة بشكل مستمر على نشر تكنولوجيا مُحلل الأغشية البروتونية على نطاق تجاري لجعل عملية توليد الهيدروجين الأخضر أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. على سبيل المثال، في يناير 2020، أعلنت شركة ITM Power البريطانية عن مشروع مشترك مع ITM Linde Electrolysis GmBH. إذ ستوفر الشركات الهيدروجين الأخضر على نطاق صناعي باستخدام قدرة تحليل الأغشية البروتونية تزيد عن 10 ميجاواط. ويسلط ذلك الضوء على الاهتمام المتزايد بتحليل الأغشية البروتونية كخيار قابل للتطبيق لإنتاج الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع.
بالإضافة إلى ذلك، فإن أنواعًا أخرى من تكنولوجيا التحليل الكهربائي مثل تحليل الأكسيد الصلب وتحليل الأغشية المتبادلة للأنيونات (AEM) لها مزايا وعيوب خاصة بها من حيث الكفاءة والتكلفة والأثر البيئي. ستعتمد اختيار تكنولوجيا التحليل على التطبيق المحدد والمعدل والنقاء المطلوبين لإنتاج الهيدروجين.
من المتوقع أن تستمر صناعة مُحللات الهيدروجين الأخضر في النمو مع زيادة الطلب على الهيدروجين الأخضر واستثمار المزيد من الشركات في تطوير وتجارة هذه التكنولوجيا. من المرجح أيضًا أن تشهد السوق المزيد من الابتكارات والتقدم في أنواع تكنولوجيا التحليل المتوفرة، حيث تعمل الشركات على جعل العملية أكثر فعالية من حيث التكلفة والكفاءة وصديقة للبيئة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية..
نتمنى لكم يوماً مشمساً.
المصدر: تقرير فتح آفاق الهيدروجين الأخضر: نظرة عالمية وإقليمية مع التركيز على منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا
