بات إنتاج الهيدروجين باستخدام المياه المالحة حلًا قابلًا للتطبيق بفضل مجموعة من العلماء في الصين.

فقد نجح فريق من الباحثين الصينيين في تطوير جهاز قادر على فصل مياه البحر المالحة لإنتاج الهيدروجين مباشرة، بحسب معلومات منصة الطاقة المتخصصة، نقلًا عن موقع هيدروجين فيول نيوز (Hydrogen Fuel News).

ونُشرت نتائج البحث في مجلة نيتشر البريطانية، التي تعد واحدة من أهم المجلات العلمية في العالم.

فبإمكان عملية التحليل الكهربائي لمياه البحر إنتاج هيدروجين مستدام دون تفاقم أزمة نقص المياه حول العالم، إذ يُعد الهيدروجين مصدرًا مهمًا لتقليل انبعاثات الكربون، وحلًا مثاليًا للصناعات التي يصعب إزالة الكربون منها.

جهاز إنتاج الهيدروجين من مياه البحر

طوّر الباحثون في الصين محللًا كهربائيًا لإنتاج الهيدروجين من مياه البحر، لديه القدرة على تجاوز المشكلات التي وقفت عائقًا أمام التجارب السابقة.

فالجهاز عبارة عن محلل كهربائي لمياه البحر يعتمد على غشاء مسامي لمنع الماء السائل من العبور، لكنه يسمح بتدفق بخار الماء.

ووفقًا للباحثين، يساعد الجهاز في معالجة مشكلات التآكل والتفاعلات الجانبية التي تحدث في أثناء التحليل الكهربائي لمياه البحر باستخدام الطرق التقليدية.

إنتاج الهيدروجين من مياه البحر

إنتاج الهيدروجين من مياه البحر - الصورة من موقع أوفشور ويند

وأشاروا إلى أن الجهاز عمل لأكثر من 3 آلاف و200 ساعة في ظل ظروف التطبيق العملي دون أعطال.

وتضمن هذه الإستراتيجية التحليل الكهربائي لمياه البحر بطريقة فعالة على غرار تقسيم المياه العذبة دون زيادة ملحوظة في تكلفة التشغيل، ولديها إمكانات هائلة للتطبيق العملي.

وركّز الفريق في إنتاج الهيدروجين من مياه البحر على غمس الأقطاب الكهربائية في محلول إلكتروليت من هيدروكسيد البوتاسيوم.

وأسهم ذلك -بجانب الغشاء المسامي- في فصل مياه البحر ومحلول الإلكتروليت، وكان الغشاء غنيًا بمادة الفلورين، وسمح ذلك لبخار الماء باختراقه في أثناء منع الماء السائل من المرور.

التحليل الكهربائي لمياه البحر

يُنتج أغلب الهيدروجين -حاليًا- باستخدام الوقود الأحفوري، ويعني ذلك أن استخدام الهيدروجين وقودًا لا ينتج عنه أي انبعاثات كربونية، لكنه يُطلق غازات دفيئة عند إنتاجه.

وكان التحليل الكهربائي لمياه البحر هدفًا رئيسًا لإنتاج الهيدروجين، لكن الكثير من العقبات حالت دون تحقيقه.

وتشتهر المياه المالحة بتآكل الأقطاب الكهربائية المستخدمة في المحلل الكهربائي، ونتيجة لذلك، عادة ما يُنظر إلى التحليل الكهربائي لمياه البحر على أنه غير قابل للتطبيق.

وسبق أن حاول بعض الباحثين استعمال مركبات بوليانيون ذات الطبقات لمقاومة التآكل من أيونات الكلوريد، والبعض الآخر جرّب محفزات كهربائية انتقائية، لكنها لم تناسب التطبيقات العملية.

كما أن تحلية المياه تتطلب طاقة عالية، ما يقلل من كفاءة إنتاج الهيدروجين في المقام الأول.

أهمية الهيدروجين

وفقًا لمركز بيانات الوقود البديل التابع لوزارة الطاقة الأميركية، يعد الهيدروجين النقي عنصرًا وفيرًا على الأرض، ويدعم انتقال الطاقة بعيدًا عن الوقود الأحفوري.

وتستثمر العديد من الدول في إنتاج الهيدروجين الأخضر، بما في ذلك الولايات المتحدة وأستراليا والمملكة العربية السعودية واليابان والإمارات وألمانيا.

بالإضافة إلى ذلك، يستثمر الاتحاد الأوروبي نحو 430 مليار دولار لتطوير مشروعات الهيدروجين الأخضر بحلول عام 2030، للمساعدة في تحقيق أهداف الصفقة الأوروبية الخضراء.

ويتمثّل أحد التحديات التي ترفع تكاليف إنتاج الهيدروجين الأخضر في أن المحلل الكهربائي يتطلب ماء نقيًا، وهذا يجعل التحليل الكهربائي التقليدي للمياه المالحة أمرًا صعبًا.

وظهرت أبحاث التحليل الكهربائي لمياه البحر في أوائل القرن الـ19، وعلى الرغم من أن العلماء حققوا تقدمًا كبيرًا في إنتاج الهيدروجين فإنه لم يصبح حلًا قابلًا للتطبيق.

وفي القرن الـ20، أُنتج الهيدروجين من الغاز الطبيعي، لكنه أسهم في انبعاثات الكربون، التي تعد أحد الأسباب الرئيسة لتغير المناخ.

لذا يعمل العديد من الباحثين والعلماء على تطوير تقنيات متقدمة باستخدام التحليل الكهربائي لمياه البحر في محاولة لتجنُّب هذه التحديات.

ويوضح الرسم البياني التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- أنواع الهيدروجين حسب المادة الخام ومصدر الطاقة المستخدمة في الإنتاج:

المصدر