تخزين الهيدروجين وإنتاجه بالتحليل الكهربائي والخلايا الوقودية
الهيدروجين: مشكلة التخزين
6 أكتوبر 2007
يجب أن نستكشف جميع الأشكال الممكنة لإنتاج الطاقة وتخزينها. واحدة من هذه الطرق جذابة بشكل خاص: تحليل الماء كهربائيًا. الهيدروجين وقود غير ملوث بطبيعته، لأن منتج احتراقه هو... الماء. وبالتالي يمكننا أن نتخيل مشاريع ضخمة تغطي مساحات شاسعة من الصحراء القريبة من السواحل، تقوم بتفكيك جزيئات الماء (مثل ماء البحر، على سبيل المثال) بشكل مكثف.
يقدم أحد القراء، المهندس ألان هوبرخت من بروكسل، بعض التوضيحات حول الهيدروجين كوقود (وخاصة في السيارات).
DynetekTexaco Ovonic Hydrogen SystemsOvonicsChevronTexaco
فيما يتعلق بتخزين الهيدروجين، إليك بعض المعلومات الدقيقة:
معظم السيارات التي تعمل بالهيدروجين الغازي اليوم مزودة بخزانات بضغط 350 بار (وقد أعلنت دايملر كرايسلر مؤخرًا أن موردًا لها لسياراتها F-Cell ستكون)، لكن جنرال موتورز تعمل بالفعل على نماذج أولية مزودة بخزانات بضغط 700 بار. هذا يحمل تكلفة، لأن محطات التعبئة يجب أن تزود بمضخات ضغط 700 بار، وهي مكلفة، مما يبرز أهمية الحل المقدم من الشركة (TOHS، نتاج تطوير مشترك بين و )، والذي يخزن الهيدروجين بشكل موثوق ومحكم بضغط معقول يبلغ 105 بار.
تكمن اكتشاف TOHS في سبيكة معدنية تمتص الهيدروجين، ثم تطلقه عند تسخينها. هذا التطور الجديد سيكون أكثر كفاءة من الهيدروجين المعدني التقليدي، كما يُثبت ذلك بتحويل شركة TOHS محرك تويوتا بريوس الحراري ليعمل بالهيدروجين. يمكن لخزانها بحجم 60 لترًا أن يحتوي على 3 كيلوغرامات من الهيدروجين، مما يمنح السيارة مدى قدرة 200 كيلومتر، بينما لا يمكن لخزان تقليدي بحجم مماثل وضغط 350 بار أن يوفر للسيارة سوى 100 كيلومتر فقط.
( ) قبل التفكير في إنتاج جماعي للسيارات التي تعمل بالهيدروجين، يجب النظر في عيوب الهيدروجين: تكلفة الإنتاج، وتكلفة التخزين، وتكاليف التوزيع. تبلغ تكلفة إنتاج الهيدروجين 8 يورو/كيلوغرام في ألمانيا. حتى لو افترضنا أن القيمة الطاقوية للكيلوغرام من الهيدروجين تساوي ثلاثة كيلوغرامات من البنزين، فإن السعر يظل أعلى بسبع مرات من سعر البنزين دون ضرائب!
كما أن تخزين الهيدروجين داخل السيارة مكلف جدًا: 1000 يورو/كيلوغرام. إذا افترضنا أن الكيلوغرام من الهيدروجين يكفي لقطع 100 كيلومتر، فسيتعين على السيارة حمل 5 كيلوغرامات من الهيدروجين لقطع 500 كيلومتر (أترك لكم حساب تكلفة التخزين). بالطبع، خلال بضع سنوات، ستبدأ الشركات المصنعة في إنتاج السيارات الهيدروجينية على نطاق واسع، مما سيساهم في خفض تكلفة التخزين (المقدرة بين 200 و500 يورو/كيلوغرام). أما الأمريكيون، فيهدفون إلى خفض التكلفة إلى حوالي 70 يورو/كيلوغرام بحلول عام 2015.
بالإضافة إلى ذلك، ليس التخزين وحده هو المكلف، بل الخلايا الوقودية نفسها أيضًا. في الوقت الحالي، تبلغ تكلفة الخلية الوقودية من 50 إلى 100 مرة أكثر من محرك حراري تقليدي. تبلغ تكلفة الخلية الوقودية 5000 يورو/كيلوواط مقابل 50 يورو/كيلوواط (أو 37 يورو/حصان) لمحرك تقليدي. تتوقع الشركات المصنعة خفض السعر بين 200 و1000 يورو/كيلوواط بحلول عام 2010. ترتفع الأسعار بهذا الشكل لأن مادة نافيون (البوليمر المستخدم في الخلايا الوقودية من نوع PEMFC) تكلف 400 يورو/متر مربع!
(المصدر:
)
فيما يتعلق بتخزين الهيدروجين، إليك بعض المعلومات الدقيقة:
معظم السيارات التي تعمل بالهيدروجين الغازي اليوم مزودة بخزانات بضغط 350 بار (وقد أعلنت دايملر كرايسلر مؤخرًا أن موردًا لها لسياراتها F-Cell ستكون)، لكن جنرال موتورز تعمل بالفعل على نماذج أولية مزودة بخزانات بضغط 700 بار. هذا يحمل تكلفة، لأن محطات التعبئة يجب أن تزود بمضخات ضغط 700 بار، وهي مكلفة، مما يبرز أهمية الحل المقدم من الشركة (TOHS، نتاج تطوير مشترك بين و )، والذي يخزن الهيدروجين بشكل موثوق ومحكم بضغط معقول يبلغ 105 بار.
تكمن اكتشاف TOHS في سبيكة معدنية تمتص الهيدروجين، ثم تطلقه عند تسخينها. هذا التطور الجديد سيكون أكثر كفاءة من الهيدروجين المعدني التقليدي، كما يُثبت ذلك بتحويل شركة TOHS محرك تويوتا بريوس الحراري ليعمل بالهيدروجين. يمكن لخزانها بحجم 60 لترًا أن يحتوي على 3 كيلوغرامات من الهيدروجين، مما يمنح السيارة مدى قدرة 200 كيلومتر، بينما لا يمكن لخزان تقليدي بحجم مماثل وضغط 350 بار أن يوفر للسيارة سوى 100 كيلومتر فقط.
( ) قبل التفكير في إنتاج جماعي للسيارات التي تعمل بالهيدروجين، يجب النظر في عيوب الهيدروجين: تكلفة الإنتاج، وتكلفة التخزين، وتكاليف التوزيع. تبلغ تكلفة إنتاج الهيدروجين 8 يورو/كيلوغرام في ألمانيا. حتى لو افترضنا أن القيمة الطاقوية للكيلوغرام من الهيدروجين تساوي ثلاثة كيلوغرامات من البنزين، فإن السعر يظل أعلى بسبع مرات من سعر البنزين دون ضرائب!
كما أن تخزين الهيدروجين داخل السيارة مكلف جدًا: 1000 يورو/كيلوغرام. إذا افترضنا أن الكيلوغرام من الهيدروجين يكفي لقطع 100 كيلومتر، فسيتعين على السيارة حمل 5 كيلوغرامات من الهيدروجين لقطع 500 كيلومتر (أترك لكم حساب تكلفة التخزين). بالطبع، خلال بضع سنوات، ستبدأ الشركات المصنعة في إنتاج السيارات الهيدروجينية على نطاق واسع، مما سيساهم في خفض تكلفة التخزين (المقدرة بين 200 و500 يورو/كيلوغرام). أما الأمريكيون، فيهدفون إلى خفض التكلفة إلى حوالي 70 يورو/كيلوغرام بحلول عام 2015.
بالإضافة إلى ذلك، ليس التخزين وحده هو المكلف، بل الخلايا الوقودية نفسها أيضًا. في الوقت الحالي، تبلغ تكلفة الخلية الوقودية من 50 إلى 100 مرة أكثر من محرك حراري تقليدي. تبلغ تكلفة الخلية الوقودية 5000 يورو/كيلوواط مقابل 50 يورو/كيلوواط (أو 37 يورو/حصان) لمحرك تقليدي. تتوقع الشركات المصنعة خفض السعر بين 200 و1000 يورو/كيلوواط بحلول عام 2010. ترتفع الأسعار بهذا الشكل لأن مادة نافيون (البوليمر المستخدم في الخلايا الوقودية من نوع PEMFC) تكلف 400 يورو/متر مربع!
(المصدر:
)