سولارابيك -ميشيغان، الولايات المتحدة – 8 أغسطس 2024: يظهر الهيدروجين الأخضر كحل محتمل مهم لإزالة الكربون من وسائل النقل، لكن نتائج كفاءة الطاقة الجديدة تشير إلى أنه يجب استخدامه بشكل استراتيجي في النقل البري والسكك الحديدية والجوي والبحري الثقيل، وفقًا لدراسة أجرتها جامعة ميشيغان.
يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام الطاقة المتجددة لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين.
ويمكن استخدامه مباشرة أو في الوقود الاصطناعي ، المعروف أيضًا باسم الوقود الإلكتروني، لإزالة الكربون من النقل البري والسككي والبحري والجوي .
,قطاع النقل مسؤول عن حوالي 22٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الوقود الأحفوري على مستوى العالم و37٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الوقود الأحفوري في الولايات المتحدة.
,للتخفيف من آثار تغير المناخ، من الأهمية بمكان إزالة الكربون من النقل – سواء نقل الركاب أو الشحن، وفقًا للباحثين، الذين حسبوا كفاءة الطاقة الكلية للنظام باستخدام الهيدروجين الأخضر بشكل مباشر أو غير مباشر في الوقود الإلكتروني لتشغيل الطائرات والقطارات والسيارات والسفن. تقيس كفاءة الطاقة في النظام الطاقة المستخدمة لدفع عجلات الأوضاع الأرضية والدفع للطائرات والسفن نسبة إلى إجمالي الطاقة الكهربائية المتجددة المستثمرة.
ودرس الباحثون في جامعة ميشيغان الاستخدام المباشر للهيدروجين في المحركات أو خلايا الوقود وكذلك الاستخدام غير المباشر للهيدروجين في شكل وقود إلكتروني مثل البنزين الإلكتروني والديزل الإلكتروني ووقود الطائرات الإلكتروني والميثانول الإلكتروني والأمونيا الإلكترونية. وبمقارنة هذه الاستخدامات بخيارات البطاريات الكهربائية، وجدوا أن عدم كفاءة النظام أثناء إنتاج الهيدروجين أو الوقود الإلكتروني وتخزينه ونقله وتوزيعه واستخدامه يؤدي إلى فقدان حوالي 80% إلى 90% من الطاقة من المدخلات الكهربائية الأولية.
وعلى النقيض من ذلك، فإن النقل بالطاقة الكهربائية أكثر كفاءة بنحو ثلاثة إلى ثمانية أضعاف من استخدام الهيدروجين مباشرة أو في الوقود الإلكتروني. وستظهر نتائجهم على الإنترنت في السابع من أغسطس/آب وفي شكل مطبوع في الحادي والعشرين من أغسطس/آب في مجلة جول .
قال جريج كيوليان، أحد كبار مؤلفي الورقة البحثية والمدير المشارك لمبادرة ميشيغان للهيدروجين: “نحن في حاجة ماسة إلى إزالة الكربون من النقل، نظرًا للتأثيرات السلبية التي نشهدها بسبب تغير المناخ، والتي ستزداد حدة”. “ندرس الدور الذي يمكن أن يلعبه الهيدروجين من خلال النظر في الطاقة للمساعدة في توجيه النشر جنبًا إلى جنب مع عوامل أخرى مثل التكلفة ووقت التزود بالوقود والمدى والسلامة”.
أجريت الدراسة كجزء من مبادرة MI Hydrogen التابعة لجامعة ميشيغان، والتي تهدف إلى تعزيز التعاون بين باحثي جامعة ميشيغان ومجموعات المجتمع والحكومة وشركاء الصناعة لإنشاء حلول هيدروجينية تعمل على تسريع التحولات في مجال الطاقة النظيفة. وضم فريق البحث علماء من مركز الأنظمة المستدامة، وقسم هندسة الطيران والفضاء وقسم الهندسة البحرية والهندسة البحرية بجامعة ميشيغان.
وقال تيم والينجتون، المؤلف الأول للتقرير والمتخصص في الأبحاث في مركز الأنظمة المستدامة في كلية البيئة والاستدامة في جامعة ميشيغان : “لقد وجدنا أن مصادر الكهرباء المتجددة في الولايات المتحدة غير كافية لدعم إنتاج الهيدروجين للمركبات الخفيفة. ويجب استخدام الهيدروجين الأخضر بشكل استراتيجي في النقل البري والسكك الحديدية والطيران والبحري الثقيل حيث تكون البدائل الكهربائية مقيدة بالحمل والمدى”.
ولكن والينغتون يقول إن البطاريات لن تصلح لمركبات النقل الثقيلة التي تحتاج إلى قطع مسافات طويلة. فالبطاريات ثقيلة وكبيرة الحجم للغاية بحيث لا تكفي لتشغيل طائرة لمسافة تزيد عن 200 ميل، أو لإرسال سفينة شحن عبر المحيط أو لتشغيل قطار عبر قارة.
ووفقا للباحثين، فإن الهيدروجين أو الوقود الإلكتروني أكثر منطقية كمصدر للطاقة لتطبيقات النقل الثقيل. إن استخدام الهيدروجين كمصدر مباشر للوقود يتطلب تغييرات هائلة في التزود بالوقود والبنية الأساسية. إن استخدام الوقود الإلكتروني القائم على الهيدروجين من شأنه أن يتجنب هذه التغييرات، ولكن في معظم الحالات يكون أقل كفاءة في استخدام الطاقة بنحو 20% إلى 50% من الاستخدامات المباشرة للهيدروجين الأخضر.
ولتحديد كفاءة النظام وتصور مدخلات الطاقة وخسائرها لكل مسار هيدروجيني، قام فريق البحث بتطوير مجموعة من 25 مخطط سانكي. تبدأ هذه المخططات بمدخلات الكهرباء المتجددة وتتبع تدفقات الطاقة عبر إنتاج الهيدروجين وتسليمه إلى استخدامه النهائي في خلية الوقود أو محرك الاحتراق الداخلي أو التوربينات المروحية في حالة الطائرات. تمت مقارنة مسارات الهيدروجين هذه بمجموعة أخرى من 6 مخططات لجميع الخيارات الكهربائية.
قام الباحثون أيضًا بقياس كثافة الطاقة لكل مسار هيدروجين، وهو مقدار الطاقة المتجددة اللازمة لنقل البضائع بالأطنان/الأميال أو الأشخاص بالأميال/الركاب لجميع وسائل النقل الرئيسية.
“لقد وجدنا أن الاتجاهات هنا تتبع اتجاهات كثافة الطاقة في النقل القائم على البترول: مع الهيدروجين، تكون السكك الحديدية والشحن أكثر كفاءة، وتكون الطائرات أقل كفاءة لأنك مضطر إلى حمل هذا الوزن في السماء”، كما قال كيوليان، أستاذ الأنظمة المستدامة. “من منظور النقل المستدام، سترغب في استخدام أكثر وسائل النقل كفاءة وأقلها استهلاكًا للطاقة. الكهرباء المتجددة مورد نادر، لذلك يجب أن نستخدمها بحكمة”
ومن بين المشاركين في تأليف الدراسة طالب الدكتوراه ماكسويل وودي ومتخصص الأبحاث جيفري لويس من مركز الأنظمة المستدامة، وطالب الدكتوراه إيتان أدلر والأستاذ جواكيم مارتينز من قسم هندسة الطيران والفضاء في جامعة ميشيغان، وماثيو كوليت، أستاذ الهندسة البحرية والهندسة البحرية.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية..
المصدر: techxplore
