مصدر الطاقة الأكثر توافراً في العالم . الهيدروجين يشغل سيارات عام 2012 ويعد بتأثير إيجابي في الاحتباس الحراري

بدأ الهيدروجين، الذي يعتبر أكثر العناصر الكيماوية وفرة في العالم، ينتقل من عالم قصص الخيال العلمي والأبحاث الأولية إلى المستودعات والمطارات وأبراج الهاتف الخليوي والطرق العامة كمصدر للوقود وناقل للطاقة الكهربائية.
ومعروف ان الهيدروجين هو مصدر للطاقة المتجددة المتعددة الاستعمالات متوافر أكثر من أي مصدر آخر في العالم، وهو مصدر لوقود عام يمكن حرقه في محرّك أو دمجه في خلية تعمل بالوقود لتوفير الطاقة للسيارات والمباني والمنازل ومحطات الكهرباء العامة، وهو أكفأ بپ30 في المئة من البنزين لدى حرقه في المحركات.
ولدى استخدام خلية هيدروجينية لمد سيارة بالطاقة، فهذه الخلية تكون أكفأ بنسبة مئة في المئة أو 200 في المئة من البنزين. ولا ينبعث غاز ثاني أكسيد الكربون من المحركات العاملة بالهيدروجين، ولا ينتج من استخدام الخلايا سوى ماء نقي.
وأفادت"جمعية الهيدروجين القومية"في الولايات المتحدة ان"الهيدروجين مرافق ممتاز لتكنولوجيات الطاقة المتجددة، ويمكن استخدامه مع التكنولوجيا الأحفورية والنووية وتكنولوجيا الإيثانول والكتلة الحيوية، أي كل أنواع الوقود البديل. وهو يعمل بصورة جيدة مع تكنولوجيا السيارات الهجينة". ويمكن استخدام الخلايا الهيدروجينية لسد النقص الناجم عن طبيعة الطاقة الشمسية وطاقة الريح المتقطعة ولزيادة مدى البطاريات المحدود في السيارات الكهربائية.
والهيدروجين يوجد بوفرة على كوكب الأرض، لكنه لا يظهر كغاز منفرد بل كغاز مركّب مع عناصر أخرى. فذرّتان من الهيدروجين مع ذرّة من الأوكسجين تشكل الماء، وعندما يتّحد الهيدروجين مع الكربون يشكل مركّبات هيدروكربونية، مثل الميثان والفحم والنفط.
وأوضح الباحث في وزارة الطاقة الأميركية جورج سفيردرب ان التحديات الرئيسة الثلاثة في مجال إنتاج الهيدروجين هي: إمكان إنتاج الهيدروجين بكلفة تعادل دولارين أو ثلاثة دولارات، أي ما يوازي كلفة غالون 3.78 لتر من البنزين، وإمكان تخزين ما يكفي من الهيدروجين على متن السيارة كي تقطع مسافة 483 كيلومتراً بصورة اقتصادية، وتطوير الخلايا الهيدروجينية كي تصبح قادرة على منافسة المحركات العاملة بالبنزين، من حيث الكلفة والاستدامة.
تأمين مصادر الهيدروجين
ويمكن إنتاج الهيدروجين بطرق كيماوية من الوقود الأحفوري الهيدروكربوني أو من مجموعة من المصادر المتجددة، لكن الطاقة الكهربائية المولدة من هيدروجين الوقود الأحفوري ليست قابلة للتجدد وهي تولد انبعاث غازات مسببة لظاهرة الاحتباس الحراري.
ويتركز العمل في"المختبر القومي للطاقة المتجددة"في الولايات المتحدة على إنتاج الهيدروجين من مصادر طاقة متجددة وعلى توزيعه وخزنه بطريقة فضلى، وعلى تطوير الخلايا الهيدروجينية.
ويعكف العلماء في المختبر على تطوير عملية التحليل بالكهرباء أي تمرير تيار كهربائي في الماء للفصل بين ذرّات الهيدروجين والأوكسجين لإنتاج الهيدروجين من الماء، عبر استخدام أشعة الشمس أو الكتلة الحيوية أو الريح أو المصادر البيولوجية، مثل البكتيريا والطحالب.
وتشكل مسألة تخزين الهيدروجين إحدى العقبات الرئيسة في طريق تسويقه تجارياً، والمختبر هو واحد من ثلاثة مراكز قومية أميركية ممتازة تعمل حالياً على التوصل إلى حل لهذه المشكلة مستخدمة أساليب مختلفة.
سيارات الهيدروجين
وبدأت مئات من السيارات العاملة بالهيدروجين تسير على الطرق العامة في مختلف أنحاء العالم يومياً، وأنتجت ثلاث شركات على الأقل، وهي"بي إم دبليو"وپ"هوندا"اليابانية وپ"جنرال موتورز"الأميركية أولى سياراتها العاملة بالهيدروجين. وبدأ منتجو هذه السيارات يقدمونها لزبائنهم لتجريبها لفترة مطوّلة. وتسير هذه السيارات إما بمحركات تعمل بالهيدروجين أو بخلايا هيدروجينية.
وجاء في تقارير وزارة الطاقة الأميركية ان كلفة إنتاج نظام سيارة تعمل بالخلايا الهيدروجينية انخفضت من 275 دولاراً لكل كيلوات في الساعة عام 2002 إلى 95 دولاراً لكل كيلوات في الساعة حالياً، ويتوقع ان تتقلّص إلى 60 دولاراً لكل كيلوات في الساعة بحلول عام 2009. والهدف هو تقليص الكلفة إلى 30 دولاراً بحلول عام 2015، في حين ان كلفة المحرك العامل بالبنزين تقدر بنحو 50 دولاراً لكل كيلوات في الساعة. وتعتبر سيارة"هيدروجين 7"التي أنتجتها شركة"بي إم دبليو"أول سيارة تعمل بالهيدروجين من نوعية تصلح للإنتاج التجاري، أما"هوندا"فبدأت تؤجر سيارتها طراز"إف سي إكس كلاريتي"العاملة بخلايا هيدروجينية إلى عدد محدود من سائقي السيارات في ولاية كاليفورنيا، لثلاث سنوات بكلفة 600 دولار شهرياً، في منطقة تتوافر فيها محطات التزوّد بوقود الهيدروجين ومرافق لصيانة السيارات تشارك في المشروع.
وشُكلت شراكة بين الحكومة الأميركية وصناعة السيارات في الولايات المتحدة تسير ضمنها نحو 70 سيارة عاملة بالهيدروجين على الطرقات، لاختبار وتجربة وإثبات كفاءة السيارات العاملة بخلايا هيدروجينية ومحطات تزويدها بالوقود.
ووفقاً لپ"جمعية الهيدروجين القومية"، فإن لبلدان كثيرة برامج مهمة لإنتاج السيارات العاملة بالهيدروجين، بينها الولايات المتحدة وكندا ودول في آسيا وأوروبا. وتفيد وزارة الطاقة الأميركية ومنتجو السيارات وپ"جمعية الهيدروجين القومية"ان في إمكان المستهلكين توقع مشاهدة السيارات الهيدروجينية في صالات بيع السيارات بحلول عام 2020، لكن شركات إنتاج السيارات أعلنت أنه سيصبح لديها سيارة تعمل بالهيدروجين جاهزة للإنتاج بحلول عام 2012.
ومن بين الاستخدامات المبكرة والمتزايدة للخلايا الهيدروجينية، التي بدأت توفّر في الكلفة، سد الاحتياجات الطارئة في أبراج الهاتف الخليوي ومرافق الطوارئ، واستخدامها في الرافعات وسيارات الشحن التي تتعامل مع المواد، وفي سيارات خدمة المطارات، وفي أنظمة حقن الهيدروجين في سيارات الشحن، ما يوفّر 10 في المئة من كلفة الوقود.