الخميس - 20 يونيو 2024

الهيدروجين بديلا عن الغاز في محطات الطاقة ..!

منذ 4 أشهر

المهندس الإستشاري زكي الساعدي ||

كان هذا العنوان هو موضوع من مجموعة مواضيع تمت دراستها في رسالة الماجستير في قسم الهندسة الميكانيكية – فرع تحويل الطاقة التي قدمتها والتي تشرح بالأرقام والمعادلات ما يحدث عندما نستخدم الهيدروجين بديلا عن الوقود التقليدي
حيث أن الوقود الشائع استخدامه هو غاز الميثان
والميثان، هو مركب كيميائي له الصيغة الكيميائية CH4 (ذرة كربون واحدة مرتبطة بأربع ذرات هيدروجين). ويصنف ضمن مجموعة الهيدريد 14، وهو أبسط شكل للألكان والمكون الرئيسي للغاز الطبيعي. الميثان النقي ليس له رائحة، ولكن عند استخدامه تجاريًا يخلط بكميات ضئيلة من مركبات الكبريت ذات الرائحة المميزة مثل الإيثانول،
ويتم التشجيع على استخدام الهيدروجين كبديل للوقود في غرفة الاحتراق: نحو مستقبل أكثر نظافة واستدامة
حيث تعد تقنية استخدام الهيدروجين كبديل للوقود في غرفة الاحتراق واحدة من الابتكارات الواعدة في مجال الطاقة، حيث يمكن أن تسهم في تقليل انبعاثات الغازات الضارة وتحسين جودة الهواء والحد من تأثيرات تغير المناخ. في هذه المقالة، سنلقي نظرة على كيفية عملية احتراق الهيدروجين والعناصر التي تنتج نتيجة لهذه العملية.

عملية احتراق الهيدروجين:
عندما يتم احتراق الهيدروجين في غرفة الاحتراق، يتفاعل مع الأكسجين المتوفر لديه لإنتاج الحرارة والطاقة. يكون تفاعل الاحتراق كما يلي:

2H_2 + O_2 = 2H_2O

وبمعنى آخر، يتم تحويل الهيدروجين والأكسجين إلى بخار الماء (H2O) كمنتج نهائي، مما يجعل عملية الاحتراق خالية تمامًا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2) أو أي ملوثات أخرى.

معادلة الإكسيرجي (Exergy) تستخدم لتقدير القدرة القابلة للاستفادة من الطاقة في نظام معين للقيام بعمل مفيد. إنها توفر مقياسًا للكفاءة الفعلية لأنظمة التحويل الطاقوي والعمليات. الإكسيرجي تمثل الجزء الفعال من الطاقة المتاحة للقيام بالعمل النافع.

العناصر التي تنتج نتيجة لاحتراق الهيدروجين:
1. *بخار الماء (H2O):* هو المنتج الرئيسي لعملية احتراق الهيدروجين، وهو ينتج بكميات كبيرة دون أي انبعاثات ضارة.
2. *الحرارة والطاقة:* يتم إنتاج كميات كبيرة من الحرارة والطاقة أثناء عملية الاحتراق، مما يجعلها مصدرًا قويًا لتوليد الكهرباء أو تحريك المحركات.

ومن ابرز فوائد استخدام الهيدروجين كبديل للوقود:
– تقليل الانبعاثات الضارة: يساهم استخدام الهيدروجين في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة والتلوث البيئي.
– الاستدامة: يُعتبر الهيدروجين وقودًا نظيفًا ومتجددًا، حيث يمكن إنتاجه باستخدام مصادر طاقة متجددة مثل الطاقة الشمسية أو الطاقة الرياح.

التحديات والتطلعات المستقبلية:
على الرغم من الفوائد الواضحة لاستخدام الهيدروجين كوقود بديل، إلا أن هناك تحديات تتعلق بتخزين الهيدروجين وتوزيعه بشكل فعال، بالإضافة إلى تكلفته. إلا أن التطورات التكنولوجية والاستثمارات في هذا المجال تشير إلى مستقبل واعد للاستخدام المتزايد للهيدروجين كوقود بديل.

توجد عدة طرق لإنتاج الهيدروجين، وتتضمن هذه الطرق استخدام مصادر مختلفة للطاقة وعمليات كيميائية مختلفة. إليك بعض الطرق الشائعة لإنتاج الهيدروجين:

1. تقطير الماء بواسطة الكهرباء:

يمكن إنتاج الهيدروجين من تقطير الماء باستخدام الكهرباء في عملية تسمى “تحليل الماء”. تتم هذه العملية عن طريق تمرير التيار الكهربائي من خلال الماء المتواجد في خلية تحليل الماء، مما يؤدي إلى تفكك الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يمكن استخدام مصادر متنوعة للكهرباء في هذه العملية، مثل الطاقة الشمسية أو الطاقة النووية.

2. تحليل الهيدروكربونات:

يمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين من تحليل الهيدروكربونات مثل الغاز الطبيعي أو البنزين. يتم تسخين الهيدروكربونات إلى درجات حرارة عالية في عملية تسمى “تحليل البخار”، حيث يتم فصل الهيدروجين من باقي المركبات.

3. تحليل البخار:

في هذه العملية، يتم تمرير البخار عبر الهيدروكربونات في درجات حرارة مرتفعة، مما يؤدي إلى تفكك الهيدروكربونات إلى الهيدروجين والكربون المتصاهر.

4. تحليل الأمونيا:

تستخدم هذه العملية الأمونيا كمصدر للهيدروجين. يتم تحليل الأمونيا في وجود محفزات معينة لإنتاج الهيدروجين.

تختلف تكلفة وكفاءة كل طريقة لإنتاج الهيدروجين، وتعتمد على العوامل المحيطة بمثل هذه العمليات مثل توافر الموارد والتكنولوجيا المستخدمة.

الختام:
استخدام الهيدروجين كبديل للوقود في غرفة الاحتراق للمحركات التوربينية يمثل خطوة هامة نحو تحسين جودة الهواء والحد من تأثيرات تغير المناخ، ويعد جزءًا أساسيًا من التحول نحو مستقبل طاقة أكثر نظافة واستدامة.

الباحث في شؤون الطاقة
المهندس الإستشاري زكي الساعدي