مقالة مراجعة جديدة فيمراجعات الطبيعة للتكنولوجيا النظيفة تقديم تقنية DWE التي تم تطويرها في معهد تكنيون - التحليل الكهربائي المنقسم بدون غشاء، والذي سيمكن من إنتاج الهيدروجين الأخضر بكفاءة وأمان وبتكلفة منخفضة على نطاق صناعي
تقنية رائدة لإنتاج الهيدروجين الأخضر لسوق الطاقة المستقبلية - هذا هو موضوع مقالة مراجعة جديدة في المجلة مراجعات الطبيعة للتكنولوجيا النظيفةيستعرض المقال أساليب جديدة لإنتاج الهيدروجين، بعضها طُوّر في معهد التخنيون على يد البروفيسور أفنر روتشيلد، والبروفيسور جيدي غيردر، والدكتور تشين دوتان، والدكتورة أفيجيل لاندمان. وقد أدت هذه الأساليب التي طورها هذا الفريق إلى تأسيس شركة H2Pro، التي تعمل على تطويرها لإنتاج الهيدروجين تجاريًا من خلال عملية مبتكرة تتكيف مع الطاقات المتجددة.
المؤلفون الرئيسيون للمقالة هم الباحثان في معهد التخنيون، البروفيسور أفنر روتشيلد، وطالب ما بعد الدكتوراه الدكتور جلين روان من كلية علوم وهندسة المواد. المؤلفون الآخرون هم روتيم أراد وجلعاد يوغيف من شركة H2Pro، والبروفيسور مارك سايمز وطالبة الدكتوراه فيونا تودمان من جامعة غلاسكو، والبروفيسور ينس أولوف جنسن من الجامعة التقنية في الدنمارك، والدكتور توم سمولينكا من معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية في ألمانيا.
يُنتَج الهيدروجين الأخضر عن طريق التحليل الكهربائي، وهو التحلل الكهربائي للماء إلى أكسجين وهيدروجين. يعتمد التحليل الكهربائي التقليدي على قطبين كهربائيين يفصل بينهما غشاء، ويُحلِّل جزيئات الماء إلى عناصرها المكونة، الهيدروجين والأكسجين. تُعد هذه العملية مكلفة، إذ تتضمن تسرب الهيدروجين نحو الأكسجين، ولا تتكيف مع تقلبات الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. إضافةً إلى ذلك، تُعَدُّ الأغشية جزءًا باهظ التكلفة من النظام، وتتطلب صيانة وعناية باهظة التكلفة.
الاختراق الذي تمت مناقشته في المقالة يسمى مؤسسة دبي للمرأة - إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي المنقسم الذي ينتج الهيدروجين والأكسجين في خلايا مختلفة أو في أوقات مختلفةالنتيجة: فصل كامل لإنتاج الهيدروجين والأكسجين، دون الحاجة إلى غشاء لفصلهما كما هو شائع في عمليات التحليل الكهربائي الأخرى. تتميز هذه العملية بمزايا جوهرية من حيث السلامة والكفاءة والتكلفة.
قاد البروفيسور مارك سايمز من جامعة غلاسكو التطوير الأولي للتحليل الكهربائي الجزئي في وقت مبكر من عام ٢٠١٣. وبعد عامين، في عام ٢٠١٥، طوّر البروفيسور روتشيلد وزملاؤه في معهد التخنيون تقنية جديدة تعتمد على أقطاب كهربائية مصنوعة من النيكل. أدى هذا التطوير إلى تسجيل براءة اختراع وتأسيس شركة H2013Pro في عام ٢٠١٩. ومنذ ذلك الحين، تعمل هذه الشركة على تحسين عملية إنتاج الهيدروجين وتكييفها للإنتاج على نطاق تجاري (التوسع). تستعد H2015Pro حاليًا لتركيب أول نظام DWE في العالم - وهو نظام سيتعامل بنجاح مع التقلبات التي تميز مصادر الطاقة المتجددة. تُعد هذه المراجعة أول دراسة تقدم بالتفصيل الاستراتيجيات القابلة للتطبيق لتطوير أنظمة DWE على نطاق تجاري. وبالمقارنة بأنظمة النماذج المعملية، التي تسمح بإنتاج أقل من جرام واحد من الهيدروجين يومياً، فسوف تكون الأنظمة الصناعية بحاجة إلى إنتاج طن واحد يومياً ــ مليون مرة ــ لكل وحدة، ومن أجل تلبية الطلب العالمي على الهيدروجين، سوف نحتاج إلى حوالي مليون وحدة من هذا القبيل، أو حتى أكثر، نظراً للنمو المتوقع في سوق الهيدروجين.
على عكس التقنيات الحالية، والتي ليست مناسبة للعمل مع مصادر الطاقة المتقلبة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، يعمل نظام إنتاج DWE كنظام تحليل كهربائي مزود ببطارية داخلية؛ وبالتالي، فهو يخفي التقلبات في إنتاج الكهرباء التي تغذيها وبالتالي فهو مناسب للعمل مع مصادر الطاقة المتجددة.
تبلغ قيمة سوق الهيدروجين حاليًا 250 مليار دولار سنويًا، ومن المتوقع أن يتضاعف هذا المبلغ مع التحول إلى الإنتاج التجاري للهيدروجين الأخضر خلال العقد المقبل. وفقًا لـ البروفيسور روتشيلدمن المتوقع أن يستحوذ الهيدروجين الأخضر على حصة تُقارب 10% من إجمالي سوق الطاقة مستقبلًا. وبمجرد أن يصبح إنتاج الهيدروجين ممكنًا على نطاق تجاري وبأسعار تنافسية، سيحل الهيدروجين الأخضر محل جزء كبير من الوقود الذي نستخدمه حاليًا في وسائل النقل الثقيلة (الشاحنات والقطارات والسفن والطائرات) وفي القطاعات الصناعية مثل إنتاج الصلب والأسمدة ومواد أخرى. تتطلب أنظمة التحليل الكهربائي التقليدية إعادة تطوير وتطويرًا لتتوافق مع مصادر الطاقة المتجددة، وكما قال داروين، في التطور، ليس الأقوى هو من يبقى، بل من يتكيف بشكل أفضل مع تغيرات البيئة التي يعيش فيها. أعتقد أن شركة DWE تُقدم لنا نقلة نوعية في إمكانية إنتاج الهيدروجين الأخضر من مصادر متجددة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 6
هذه الشركة عمرها خمس أو ست سنوات. هل يُقيّمها أحد هنا؟ هناك طريقة أكثر فعالية لإنتاج الهيدروجين الأخضر دون الحاجة إلى التحليل الكهربائي ودون استخدام الكهرباء إطلاقًا.
هناك أيضًا طريقة تحليل كهربائي أكثر فعالية من h2pro، لكن المطور غير قادر على جمع الأموال.
قدتُ ذات مرة سيارة تعمل بالهيدروجين. كان ذلك في مطار ديترويت، عاصمة صناعة السيارات في الولايات المتحدة. كانت شاحنة صغيرة من صنع شركة فورد، تتسع لعشرة مقاعد تقريبًا، تربط بين محطتي المطار. لم تكن هناك خيارات كثيرة للانتقال من محطة إلى أخرى - شاحنة فورد، والمشي لمسافة كيلومترين تقريبًا، واستقلال سيارة أجرة، وهو ما لم يكن متاحًا. لذلك قدتُ شاحنة صغيرة. كانت سيارة فورد تجريبية، صُنعت بتمويل حكومي. في الجزء الخلفي من السيارة، كان هناك 10-5 خزانات هيدروجين، قطر كل منها حوالي 6 سم وارتفاعها حوالي متر ونصف. من النوع الذي تراه في أجهزة اللحام للأكسجين والأسيتيلين، إلخ. يوجد هيدروجين في الداخل عند ضغط 20 ضغط جوي. ظللتُ أفكر فيما سيحدث إذا وقع حادث واصطدمت السيارة من الخلف. كان العزاء الوحيد هو أنه من المحتمل أن يكون موتًا سريعًا. كنتُ أسمع وأشعر بضربة من الخلف، وأزيز غاز يتسرب، ولن أسمع الانفجار بعد الآن. وبعد هذا الحادث الأول لن يكون هناك "اقتصاد الهيدروجين".
إذًا... أخذوا التحليل الكهربائي ووصلوه ببطارية؟ هل هذه براءة الاختراع؟ يبدو الأمر أشبه بمزحة.
كلام فارغ. لا شيء ولن يكون هناك شيء. تمامًا مثل الليزر ولقاح كورونا. الهدف هو فقط توفير ميزانيات لن تُجدي نفعًا.
من المأمول ألا يسرقوا الملكية الفكرية كما فعل علماء معهد ويتمان، ومعاهد الأبحاث في المستشفيات والجامعات العامة، التي تمولها الدولة بمئات الملايين من الدولارات، والذين يطورون براءة اختراع أو اختراعًا اقتصاديًا، ويسرقونها، ويسجلون شركات، ويصبحون مليونيرات على حساب الجمهور، وفي الوقت نفسه يسرقون الملكية الفكرية العامة. حتى الآن، سرق الأطباء والباحثون في المؤسسات العامة ومعاهد الأبحاث براءات اختراع تبلغ قيمتها مئات المليارات من شعب إسرائيل الذي موّلهم. خلف الكواليس، ونحن نتحدث عن نخبة، وليس عن سائق سيارة أجرة أو حافلة يعمل في القطاع الخاص على ممتلكات أصحاب العمل، ويُقدم للعدالة، هؤلاء هم الذين يسمح لهم زملاؤهم في مكتب المدعي العام بتجاهل السرقة والسطو في وضح النهار.
مدهش... وفي كلمتين فقط: أحسنت.
يا لها من رؤية، يا لها من حكمة... فخر. استمر.