ما هي الطاقة الهيدروجينية وكيف تعمل؟

1.ما هي الطاقة الهيدروجينية

الهيدروجين، وهو العنصر رقم واحد في الجدول الدوري، لديه أقل عدد من البروتونات، واحد فقط. كما أن ذرة الهيدروجين هي الأصغر والأخف بين جميع الذرات. ويظهر الهيدروجين على الأرض بشكل رئيسي في صورته المركبة، وأبرزها الماء، وهو المادة الأكثر انتشارا في الكون.

الهيدروجين لديه قيمة احتراق عالية جدا. قارن كمية الحرارة المنبعثة من حرق نفس الكتلة من الغاز الطبيعي والبنزين والهيدروجين:

وبنفس الظروف،

ويؤدي حرق 1 جرام من الغاز الطبيعي، حسب القياس، إلى حوالي 55.81 كيلوجول من الحرارة؛

ينتج عن حرق جرام واحد من البنزين حوالي 48.4 كيلوجول من الحرارة؛

ينتج عن حرق جرام واحد من الهيدروجين حوالي 142.9 كيلوجول من الحرارة.

ينتج عن حرق الهيدروجين حرارة أكبر بمقدار 2.56 مرة من الغاز الطبيعي و2.95 مرة من حرارة البنزين. ليس من الصعب أن نرى من خلال هذه البيانات أن الهيدروجين يتمتع بالخصائص الأساسية للوقود المثالي - قيمة الاحتراق العالية!

تنتمي طاقة الهيدروجين بشكل أساسي إلى الطاقة الثانوية، ويكمن المفتاح في ما إذا كان منطقها وتقنيتها واقتصادها يتمتع بأهمية وقيمة التوازن البيئي والإدارة البيئية وتغير المناخ. تنتمي الطاقة الثانوية إلى الحلقة الوسيطة بين الطاقة الأولية ومستخدمي الطاقة، ويمكن تقسيمها إلى فئتين: إحداهما "مصدر أداء العملية"، والأخرى "الطاقة التي تحتوي على طاقة الجسم". ليس هناك شك في أن الطاقة الكهربائية هي "مصدر أداء العمليات" الأكثر استخدامًا، في حين أن البنزين والديزل والكيروسين هي "مصادر الطاقة الحيوية" الأكثر استخدامًا.

من وجهة نظر منطقية، بما أن "مصادر أداء العملية" يصعب تخزينها مباشرة بكميات كبيرة، فإن مركبات النقل الحديثة ذات الحركة القوية، مثل السيارات والسفن والطائرات، لا يمكنها استخدام كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية من محطات توليد الطاقة. وبدلاً من ذلك، يمكنهم فقط استخدام كمية كبيرة من "الطاقة المحتوية على الطاقة" مثل البنزين والديزل وكيروسين الطيران والغاز الطبيعي المسال.

ومع ذلك، قد لا يستمر التقليد دائمًا، وقد لا يكون التقليد منطقيًا دائمًا. مع ظهور وتطور السيارات الكهربائية والمركبات الكهربائية الهجينة، يمكن أن يحل "مصدر أداء العملية" أيضًا محل "الطاقة التي تحتوي على الطاقة". وفقًا للتفكير المنطقي، مع الاستهلاك المستمر للطاقة الأحفورية، سيتم استنفاد الموارد في النهاية، وستظهر حتماً "طاقة تحتوي على طاقة" جديدة، ومن بينها طاقة الهيدروجين هي الممثل الرئيسي.

الهيدروجين متوفر بكثرة في الطبيعة، ويشكل حوالي 75% من كتلة الكون. وهو موجود على نطاق واسع في الهواء والماء والوقود الأحفوري وجميع أنواع الكربوهيدرات.

يتمتع الهيدروجين بأداء احتراق جيد، ونقطة اشتعال عالية، ونطاق واسع قابل للاحتراق، وسرعة احتراق سريعة. ومن منظور القيمة الحرارية والاحتراق، يعتبر الهيدروجين بالتأكيد طاقة عالية الجودة وفعالة. بالإضافة إلى ذلك، الهيدروجين نفسه غير سام. بالإضافة إلى توليد الماء وكمية صغيرة من نيتريد الهيدروجين بعد الاحتراق، فإنه لن ينتج ملوثات ضارة للبيئة والبيئة، ولا يوجد انبعاث ثاني أكسيد الكربون. ولذلك فإن الطاقة الهيدروجينية تنتمي إلى الطاقة النظيفة، والتي لها أهمية كبيرة لإدارة البيئة الإيكولوجية والحد من انبعاث ثاني أكسيد الكربون.

2. دور الطاقة الهيدروجينية

تمتلك الطاقة الهيدروجينية سلسلة صناعية ضخمة تغطي تحضير الهيدروجين وتخزينه ونقله وإعادة التزود بالوقود وخلايا الوقود والتطبيقات الطرفية.

في توليد الطاقة، يمكن استخدام طاقة الهيدروجين لتوليد الطاقة النظيفة لموازنة الطلب على الطاقة وحل النقص في إمدادات الطاقة خلال ساعات الذروة.

وفي التدفئة يمكن خلط طاقة الهيدروجين مع الغاز الطبيعي، وهو أحد مصادر الطاقة القليلة منخفضة الكربون التي يمكن أن تنافس الغاز الطبيعي في المستقبل.

وفي قطاع الطيران الذي ينبعث منه أكثر من 900 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويا، تعد الطاقة الهيدروجينية هي الوسيلة الرئيسية لتطوير طيران منخفض الكربون.

في المجال العسكري، يمكن استخدام خلية وقود الهيدروجين في المجال العسكري وتتميز بمزايا الهدوء، ويمكن أن تنتج تيارًا مستمرًا، وتحويلًا عاليًا للطاقة، وهو شرط مهم لتسلل الغواصات.

مركبات الطاقة الهيدروجينية، تتمتع مركبات الطاقة الهيدروجينية بأداء احتراق جيد، واشتعال سريع، وقيمة حرارية عالية، واحتياطيات وفيرة ومزايا أخرى. الطاقة الهيدروجينية لديها مجموعة واسعة من المصادر والتطبيقات، والتي يمكن أن تقلل بشكل فعال من نسبة الطاقة الأحفورية.

ويعد تحسين مستوى التنمية النظيفة وتطوير الطاقة الهيدروجينية حاملا هاما لبناء نظام إمدادات الطاقة "التكميلي متعدد الطاقة"، وقوة دافعة رئيسية لتحويل الطاقة والارتقاء بها.