ما الذي يميز الهيدروجين الأخضر عن مختلف ألوان الهيدروجين الأخرى؟

مقدمة

هل تساءلت يوماً عن معنى مصطلح «الهيدروجين الأخضر – Green Hydrogen»؟ أو ماذا تعني الألوان الأخرى المشار إليها فيما يتعلق بالهيدروجين؟ يمكن إنتاج الهيدروجين بعدة طرق، من بينها «إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار – Steam Methane Reforming»، وعملية «التغويز – Gasification»، و«التحليل الكهربائي – Electrolysis».

تتم تسمية الهيدروجين المنتج وفقاً لمصدر الطاقة المستخدم في عملية إنتاجه. على سبيل المثال، يطلق على الهيدروجين الذي يتم إنتاجه باستخدام طاقة كهربائية من مصادر متجددة مصطلح “الهيدروجين الأخضر”.

سنكتشف في هذا المقال الفروق بين الألوان المختلفة للهيدروجين، والتركيز على مزايا وعيوب تقنيات إنتاج الهيدروجين المتنوعة، كما سنسلط الضوء على ما يميز الهيدروجين الأخضر عن غيره.

الفرق بين الألوان المختلفة للهيدروجين

تعكف الصناعات الكبرى مثل قطاعات الطاقة والصلب والكيماويات، على دراسة وسائل تحويل استخدام الهيدروجين كوقود، بهدف المساهمة في تقليل انبعاثات الكربون، وعلى الرغم من أن الهيدروجين يُعتبر واحداً من أكثر العناصر وفرةً في الكون، إلا أن الطرق التقليدية المستخدمة في إنتاجه بكميات كافية تؤدي أيضاً إلى انبعاث كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. إلا أنه توجد بعض طرق لإنتاج الهيدروجين تراعي المناخ بدرجة أكبر، كما تم ترميز الهيدروجين بألوان تعكس بصمته الكربونية.

إليك جدول يوضح الألوان المختلفة للهيدروجين وطرق إنتاجه:

اللون	مصدر إنتاج الهيدروجين
الهيدروجين الأخضر	الطاقة المتجددة التي تشمل الشمس والرياح
الهيدروجين الرمادي	الفحم أو الغاز الطبيعي
الهيدروجين الأزرق	الفحم أو الغاز الطبيعي ولكن مع استخلاص انبعاثات ثاني أكسيد الكربون
الهيدروجين الفيروزي	الغاز الطبيعي ولكن باستخدام الانحلال الحراري
الهيدروجين الوردي	الطاقة النووية

مزايا وعيوب تقنيات إنتاج الهيدروجين المختلفة

يتم استخدام عدة طرق بالعادة لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع وبكميات كبيرة ومن هذه الطرق: إعادة التشكيل الكيميائي الحراري والتحليل الكهربائي والفصل المباشر للمياه بالطاقة الشمسية بالإضافة إلى الطرق البيولوجية. 

تتم تسمية الهيدروجين الناتج عن إعادة تشكيل الميثان بالبخار والتكسير الحراري بالهيدروجين الرمادي، يتم إنتاج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون من خلال إعادة تشكيل بخار الميثان، ولكن يتم تجميع أبخرة ثاني أكسيد الكربون هذه في حاويات وتخزينها في أماكن آمنة.

وتتم تسمية الهيدروجين الناتج من الغاز الطبيعي والغاز الحيوي باسم الهيدروجين الأزرق، إذ لا يمكن تخزين غازات ثاني أكسيد الكربون المتكونة ويتم إرسالها إلى الغلاف الجوي.

مقارنةً مع الهيدروجين الرمادي، يمكن للهيدروجين الأزرق الذي يتم إنتاجه من الغاز الطبيعي أن يقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير عن طريق التقاط الكربون وإعادة استخدامه. يتولد ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي ناتج عن عمليات إنتاج الهيدروجين الرمادي والأزرق، أما في حالة تقنيات إنتاج الهيدروجين الأخضر لوحظ عدم وجود انبعاثات كربونية.

إليك الجدول التالي الذي يوضح مزايا وعيوب تقنيات إنتاج الهيدروجين المختلفة:

تقنية إنتاج الهيدروجين المستعملة	اللون الذي تندرج تحته هذه التقنية	المزايا	العيوب
(إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار-Steam methane reforming)	الأزرق	إنتاجية عالية للهيدروجين، نسبة الهيدروجين  إلى الكربون كبيرة، إنتاج هيدروجين نظيف، إنتاج كمية كبيرة من البخار، ولا حاجة للأوكسجين.	زيادة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وزيادة تكاليف التشغيل، وزيادة استهلاك الطاقة، ضرورة استمرار الإمداد الحراري
(تغويز الكتلة الحيوية-Biomass Gasification)	الأزرق	موثوقة في التشغيل، سهلة وسريعة الصيانة، عملية سهلة.	قيمة حرارية منخفضة، نسبة رطوبة عالية، إنتاج قطران صلب.
(الانحلال الحراري-Thermolysis)	الأخضر	نظيف ويولد الأوكسجين كمنتج ثانوي.	ارتفاع تكلفة رأس المال.
(التحلل الضوئي-Photolysis)	الأخضر	نظيف ويولد الأوكسجين كمنتج ثانوي.	كفاءة منخفضة وموثوقية منخفضة و تتطلب استمرارية ضوء الشمس.

“قوس قزح” الهيدروجين.. فهم كثافة الكربون في سلسلة القيمة أهم من اللون؟

عملية إنتاج الهيدروجين الأخضر

يوضح الشكل 1 رسم تخطيطي لعملية  إنتاج الهيدروجين الأخضر. 

• بدايةً في المرحلة الأولى يتم توليد الكهرباء من مصدر طاقة متجدد (على سبيل المثال مزيج من توربينات الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئي).
•  يتم استخدام المحلل الكهربائي في المرحلة الثانية. إذ ينقسم الماء إلى غاز الهيدروجين كمنتج رئيسي ويتم إطلاق غاز الأكسجين كمنتج ثانوي. 
• بعد ذلك يتم تمرير غاز الهيدروجين أيضاً عبر ضاغط لأغراض التخزين، ويمكن نقل هذا الهيدروجين المضغوط لأغراض تجارية. 
• أما فيما يتعلق بالتشغيل يمكن استخدام الهيدروجين الأخضر المنتج بواسطة المحلل الكهربائي في محطات توليد الطاقة الكهربائية لمواجهة النقص في الكهرباء الناتجة من الطاقة الشمسية والريحية.

إنتاج الهيدروجين من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بشكل منفصل

الطاقة الشمسية

يمكن استخدام الطاقة الكهربائية الناتجة من نظام الطاقة الشمسية للقيام بعملية تحليل المياه ثم إنتاج الهيدروجين وتعد هذه الطريقة من أنظف الطرق المستخدمة لتوليد الهيدروجين. لكن الجانب السلبي الحالي لإنتاج الهيدروجين باستخدام الطاقة الشمسية هي تكاليف التركيب العالية وكفاءة الهيدروجين أقل من ذلك الناتج من الوقود الأحفوري.

طاقة الرياح

يستخدم التحليل الكهربائي للماء بواسطة طاقة الرياح، نفس مبدأ التحليل الكهربائي للماء بواسطة الطاقة الشمسية، بينما  طاقة الرياح هي أسهل وأنظف طريقة لإنتاج الهيدروجين بالمقارنة مع المصادر المتجددة الأخرى، فهي أرخص وأكثر كفاءة في إنتاج الهيدروجين، لكنها تتطلب بنية صلبة وممتازة لبناء نظام طاقة الرياح.

إنتاج الهيدروجين من النظام الهجين

تستخدم أنظمة الطاقة المتجددة الهجينة كحل واعد لمعالجة القضايا المتعلقة بمصادر الطاقة الفردية. وعادة ما يستخدم نظام الطاقة الخضراء الهجين مختلف مصادر الطاقة المتجددة، مثل الرياح والطاقة الشمسية معاً. من فوائد الأنظمة الهجينة أنها تعتمد على مصادر متعددة للطاقة المتجددة لتوفير طاقة متسقة وغير منقطعة. بالتالي فإن توفر الطاقة هذا سيعوض عن عدم وثوقية مصادر الطاقة المتجددة الفردية ويقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. عادة ما تكون هذه الأنظمة قريبة جدا من مكان الطلب وبالتالي فهي تقل فرصة تلف كابلات النقل وتسهل الوصول السريع من حيث الإصلاح والصيانة.

مقارنة بين طرق إنتاج الهيدروجين الأخضر المختلفة

تعرفنا على طرق إنتاج الهيدروجين الأخضر المختلفة، لكن هناك بعض نقاط الاختلاف بينها، الجدول التالي يوضح مقارنة بين هذه الأنظمة من حيث التكلفة والكفاءة واستمرارية توليد الطاقة الكهربائية وعدم انقطاعها:

نظام توليد الطاقة الكهربائية المستخدم	التكلفة	الكفاءة	استمرارية التوليد
الشمسي	عالية	منخفضة	غير مستمرة
الرياح	منخفضة	عالية	غير مستمرة
الهجين	عالية	عالية	مستمرة

يجدر الإشارة إلى أن الهيدروجين الأخضر لديه إمكانات كبيرة كوقود مستقبلي لتلبية الطلب على الطاقة وهدف الانبعاثات الصفرية. إذ  يضمن نظام الطاقة الشمسية والرياح الهجين الطاقة اللازمة لإنتاج الهيدروجين كحامل للطاقة دون التسبب في مخاطر بيئية. ويمكن أن يؤدي استخدام موارد الطاقة المتجددة المتاحة بكثرة إلى تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، كما أن توفير طاقة خالية من الانبعاثات من شأنه أن يقلل من كثافة الكربون وسميته، مما يعود بالفائدة على البيئة. 

انطلاق أعمال منتدى مبادرة السعودية الخضراء بالتزامن مع كوب 28

تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…

المصدر : ورقة بحثية منشورة بعنوان Prospect of Green Hydrogen Generation from Hybrid

Renewable Energy Sources: A Review