الهيدروجين Hydrogen – م. محمود عبد الخالق
.
م/ محمود عبد الخالق Mahmoud Abdel-Khalek
مقدمة
الهيدروجين هو عنصر كيميائي له الرمز H وله العدد الذرّي 1 . يقع الهيدروجين في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الأولى وفوق عناصر المجموعة الأولى. في الظروف القياسيّة من الضغط والحرارة يكون الهيدروجين غازًا عديم اللون والرائحة، سريع الاشتعال، غير سام، ثنائي الذرّة أحادي التكافؤ له الصيغة الجزيئيّة H₂ .
يشكل الهيدروجين مصدر طاقة واعداً للاستخدام التجاري، إذ إن وفرة هذا العنصر والقدرة على إنتاجه من الماء عبر التحليل الكهربائي يجعله خيارا جذابا وأكثر نظافة يمكنه أن يحل مكان الوجود الأحفورى وأن يعالج التحديات المتمثلة بإزالة انبعاثات الكربون من المجالات التالية:
- النقل: عبر دمج الهيدروجين مع الأكسجين في خلية وقود، يمكن إنتاج الكهرباء، والمنتجات الثانوية الناجمة عن هذه العملية هي الماء والحرارة. يمكن أن تشغّل الكهرباء المنتجة المحركات الكهربائية وأن تستبدل محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل على الوقود الأحفوري لتشكّل بديل تنقل منخفض من حيث انبعاثات الكربون. ولهذا البديل بعضٌ من الحسنات مقارنةً بالمركبات الكهربائية الحالية، بما أنه يتيح السير لمسافات أطول ولايستغرق تزويده بالوقود سوى بضع دقائق.
- الصناعة: سيكون الهيدروجين مهم جدا كمادة تسهم في التخلص من انبعاثات الكربون في الصناعات التي تولّد كميات عالية منها مثل قطاعات الفولاذ والأسمنت والكيماويات. ففي قطاع الفولاذ مثلاً ، يتسبب معالجة خام الحديد إلى حديد نقي عن إنتاج ثاني أكسيد الكربون. وفي حال تمت معالجة خام الحديد إلى حديد نقي باستخدام الهيدروجين، لن تحدث أي انبعاثات كربونية مباشرة.
- التخزين: يمكن استخدام الهيدروجين لتخزين الكهرباء لفترات طويلة. فمن الممكن استخدامه على سبيل المثال للاستفادة من ذروة إنتاج الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة من أجل تشغيل عملية التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين من الماء ومن ثم يمكن نقله في السفن أو الأنابيب لمسافات طويلة واستخدامه في مكان آخر. م(1)
.
إنتاج الهيدروجين ونقله
يمكن إنتاج الهيدروجين بطرق متعددة ولديه أصول مختلفة، والفرق الرئيسي هو ما إذا كان ينبعث ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاجه، مما يؤدي إلى أربعة أنواع مختلفة من الهيدروجين.
الهيدروجين الأخضر
إنتاج الهيدروجين باستخدام الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة. هو يخلو من انبعاثات الكربون وهو الخيار الأمثل للبيئة. تشغل الكهرباء عملية التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين من الماء. ويفيد الهيدروجين الأخضر أيضًا الشبكة الكهربائية عبر الحد من خسائر الطاقة المتجددة المتغيرة وتوفير خدمات الحفاظ على استقرار الشبكة الكهربائية.
الهيدروجين الرمادي
إنتاج الهيدروجين باستخدام الطاقة المنتجة من الوقود الأحفوري والتي تضم مستويات عالية من انبعاثات كربون مرتفعة. يتم مثلاً استخدام الهيدروجين المنتج من الغاز الطبيعي على نطاق واسع في الكثير من العمليات الصناعية المختلفة. ويمثل الهيدروجين المنتج من الوقود الأحفوري حاليا 94 % من إنتاج الهيدروجين حول العالم.
الهيدروجين الأزرق
هو هيدروجين رمادي يتم فيه التقاط انبعاثات الكربون المنتجة أثناء العملية وإما أن يتم تخزينها أو إعادة استخدامها. ويعد هذا النوع من الهيدروجين نظيفًا بيئيا حسب التقنية المستخدمة ُوكفاءة العملية. ويلزم إنجاز المزيد من البحوث حول التقاط الكربون وإعادة استخدامه.
الهيدروجين الفيروزي (تركواز)
إنتاج الهيدروجين من خلال عملية تسمى الانحلال الحراري، حيث يتم تسخين الغاز الطبيعي (الميثان)، ما يؤدي إلى تفككه إلى غاز الهيدروجين ومواد صلبة كربونية. أما الفرق الرئيسي بينه وبين الهيدروجين الأزرق فهو عدم انبعاث الكربون خلال العملية، إذ أن الكربون الناتج يكون على شكل مواد صلبة. م(1)
.
مخاطر الهيدروجين
كل أنواع الوقود ممكن يسبب بعض الخطر ممكن أن يصل إلى حد الضرر الخطير الذى يؤذى الإنسان ويسبب حوادث جسيمة ومن أنواع الوقود المخطط استخدامه فى المستقبل هو الهيدروجين لأنه وقود نظيف ولايسبب انبعاثات كربونية عند حرقه مثل أول وثانى أكسيد الكربون المصاحب عند حرق الوقود الأحفورى التقليدى (البنزين , السولار, الغاز الطبيعى) الذى يوثر بالتالى على ظاهرة الاحتباس الحرارى Global Warming المسئول عن التغيرات المناخية Climate Change التى يشهدها العالم فى الوقت الحاضر والمستقبل.
من مخاطر الهيدروجين:-
قابليته الشديدة الجديده للاحتراق والانفجار لأن من خواصه مدى انفجارى واسع جدا من التركيز (4 % – 75 %) بالإضافة إلي أن الهيدروجين يحتاج أقل طاقة لكى يشتعل وهذا يجعله خطير جدا لو زاد تركيزه عند التسريب خاصة فى الأماكن المغلقة فإنه يصل إلى التركيز المطلوب للانفجار فى وقت قليل جداً ولذلك من المهم جدا وجود تهوية كافية ومحسوبة تعمل على خفض تركيز الهيدروجين فورا حتى لانصل على حدود الانفجار. لهب الهيدروجين غير مرئى ولذلك عند التصميم، فى حجرة البطاريات يوضع حساس للهيدروجين وحساس للهب خاصة فى الأماكن المزدحمة أو المغلقة.
نطاق قابلية الهيدروجين للاشتعال Flammability Range أكبر من أنواع الوقود الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يستهلك الهيدروجين القليل جدًا من الطاقة ليشتعل.
Hydrogen’s Flammability range is larger than other fuels. In addition, hydrogen takes very little energy to ignite.
.
للمزيد ولتحميل المقالة في صورة ملف PDF : من هنا 
.
مراجع
1- الهيدروجين كمصدر طاقة خضراء في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا – library.fes .
2- العديد من المصادر المتفرقة.
*
تابع صفحتنا علي الفيس بوك 
*********************************
مواضيع ذات صلة
- مساهمات : م/ محمود عبد الخالق عبد العزيز – علي كامل مواقع مكتبة محاكاة الأجهزة
.
.
.
.
.
.