وقود هيدروجيني
الوقود الهيدروجيني Hydrogen fuel، هو وقود خالي من الانبعاثات يُحرق مع الأكسجين. يمكن استخدامه في خلايا الوقود أو محرقات الاحتراق الداخلي. بدأ استخدامه في مركبات خلايا الوقود التجارية، مثل سيارات الركاب، واستخدم في حافلات خلايا الوقود لعدة سنوات. كما استخدم أيضاً كوقود لدفع مركبات الفضاء.
اعتباراً من 2018، كان معظم الهيدروجين (∼95%) ينتج من الوقود الأحفوري من خلال الإصلاح البخاري أو الأكسدة الجزئية للميثان وتغويز الفحم وبكميات صغيرة عن طريق طرق بديلة مثل تغويز الكتلة الحيوية أو التحليل الكهربائي للماء[1][2] أو الكيمياء الحرارية الشمسية[3]، وقود شمسي خالي من انبعاثات الكربون.
يوجد الهيدروجين في المجموعة الاولى والصف الاول من الجدول الدوري، مما يعني أنه أخف وأول العناصر الكيميائية. حيث أن وزنه أخف من الهواء، يرتفع الهيدروجين في الغلاف الجوي والتالي من النادر تواجده في شكله النقي، H2.[4] في لهب غاز الهيدروجين النقي، يحترق الهيدروجين في الهواء، (H2) ويتفاعل مع الأكسجين (O2) ليشكل الماء (H2O) ويطلق الطاقة.
- 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) + الطاقة
إذا تم احتراق الهيدروجين في الهواء الجوي بدلاً من الأكسجين النقي، كما هو الحال عادةً، فقد ينتج عنه كميات صغيرة من أكسيد النيتروجين، إلى جانب بخار الماء.
تمكن الطاقة المنبعثة الهيدروجين من العمل كوقود. في الخلية الكهروكيميائية، يمكن استخدام هذه الطاقة بكفاءة عالية نسبياً. إذا تم استخدامه ببساطة لإنتاج الحرارة، فإن قيود الديناميكا الحرارية تنطبق على الكفاءة الحرارية.
عادة ما يعتبر الهيدروجين ناقلاً للطاقة، مثل الكهرباء، حيث يجب إنتاجه من مصدر طاقة أولي مثل الطاقة الشمسية، والكتلة الحيوية، والكهرباء (على سبيل المثال في شكل PV شمسية أو عبر توربينات الرياح)، أو الهيدروكربونات مثل الغاز الطبيعي أو الفحم.[5] ينتج عن إنتاج الهيدروجين التقليدي باستخدام الغاز الطبيعي تأثيرات بيئية كبيرة؛ كما هو الحال مع استخدام أي هيدروكربون، حيث ينبعث ثاني أكسيد الكربون.[6] في الوقت نفسه، فإن إضافة 20% من الهيدروجين (الحصة المثلى التي لا تؤثر على أنابيب الغاز والأجهزة) إلى الغاز الطبيعي يمكن أن تقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن التدفئة والطهي.[7]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
الإنتاج
الطاقة
الاستخدامات
يوفر وقود الهيدروجين القدرة الدافعة لصواريخ الدفع بالوقود السائل، السيارات، القطارات، الزوارق، والطائرات، وتطبيقات خلية الوقود المحمولة أو تطبيقات خلية الوقود المكتبية، التي يمكنها تشغيل المحركات الكهربائية.[8] تنشأ مشاكل استخدام وقود الهيدروجين في السيارات من حقيقة أن الهيدروجين يصعب تخزينه إما في خزان الضغط العالي أو الخزان المبرد.[9]
تحويل محرك الاحتراق الداخلي إلى هيدروجين
خلايا الوقود
يعد استخدام خلية الوقود لتشغيل محرك كهربائي أكثر كفاءة مرتين إلى ثلاث مرات من استخدام محرك الاحتراق. يعني هذا أن توفير الوقود بشكل أكبر متاح باستخدام الهيدروجين في خلية وقود.
نقد
يعتبر وقود الهيدروجين خطيراً بسبب طاقة الاشتعال المنخفضة وطاقة الاحتراق العالية للهيدروجين، ولأنه يميل إلى التسرب بسهولة من الخزانات.[10] تم الإبلاغ عن انفجارات في محطات التزود بوقود الهيدروجين.[11] تستقبل محطات التزود بوقود الهيدروجين عموماً شحنات الهيدروجين بالشاحنات من موردي الهيدروجين. يمكن أن يؤدي الانقطاع في منشأة إمداد الهيدروجين إلى إغلاق العديد من محطات تزويد الهيدروجين بالوقود.[12]
انظر أيضاً
المصادر
الهوامش
- ^ Roberts, David (2018-02-16). "This company may have solved one of the hardest problems in clean energy". Vox (in الإنجليزية). Retrieved 2019-10-30.
- ^ Ogden, J.M. (1999). "Prospects for building a hydrogen energy infrastructure". Annual Review of Energy and the Environment. 24: 227–279. doi:10.1146/annurev.energy.24.1.227.
- ^ "Q & A: DLR's Christian Sattler on the Role of Solar Thermochemistry in Green Hydrogen Production". SolarPACES.org.
{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link) - ^ Altork, L.N. & Busby, J. R. (2010 Oct). Hydrogen fuel cells: part of the solution. Technology & Engineering Teacher, 70(2), 22-27.
- ^ Florida Solar Energy Center. (n.d.). Hydrogen Basics. Retrieved from: http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/hydrogen/basics/index.htm
- ^ Zehner, Ozzie (2012). Green Illusions. Lincoln and London: University of Nebraska Press. pp. 1–169, 331–42.
- ^ "Climate change hope for hydrogen fuel". BBC News. 2 January 2020.
{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link) - ^ Colella, W.G. (October 2005). "Switching to a U.S. hydrogen fuel cell vehicle fleet: The resultant change in emissions, energy use, and greenhouse gases". Journal of Power Sources. 150 (1/2): 150–181. Bibcode:2005JPS...150..150C. doi:10.1016/j.jpowsour.2005.05.092.
- ^ Zubrin, Robert (2007). Energy Victory: Winning the War on Terror by Breaking Free of Oil. Amherst, New York: Prometheus Books. p. 121. ISBN 978-1-59102-591-7.
- ^ Utgikar, Vivek P; Thiesen, Todd (2005). "Safety of compressed hydrogen fuel tanks: Leakage from stationary vehicles". Technology in Society. 27 (3): 315–320. doi:10.1016/j.techsoc.2005.04.005.
- ^ Dobson, Geoff (12 June 2019). "Exploding hydrogen station leads to FCV halt". EV Talk.
- ^ Woodrow, Melanie. "Bay Area experiences hydrogen shortage after explosion", ABC news, June 3, 2019
المراجع
- McCarthy, John. "Hydrogen".
- Energy Information Administration. "Hydrogen explained to a juvenile audience". EIA Official Energy Statistics from the U.S. Government.
- Milbrandt, A. "Hydrogen Production from Key Renewable Resources in the United States" (PDF). U.S. Department of Energy, National Renewable Energy Laboratory. Retrieved September 13, 2013.
{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link) - Hydrogen as the fuel of the future, report by the DLR