ما هو الهيدروجين وما مدى ملاءمته للبيئة؟

يركّز قادة الأعمال والسياسيون الأفارقة على الهيدروجين كمصدر للطاقة لدفع "الثورة الصناعية الخضراء" في القارة إلى الأمام. تُعقد أول قمة كبرى حول الهيدروجين في ناميبيا، بحضور أكثر من 2000 مشارك، بحضور مستثمرين ومطوري مشاريع من جميع أنحاء إفريقيا والعالم لتعزيز الاستثمار في إنتاج الهيدروجين الأخضر.
وتركز أوروبا على وجه الخصوص على إمكانات الإنتاج في القارة. ولكن ما مدى جودة الهيدروجين كحل للمناخ؟
ما هو الهيدروجين وما مقدار الطاقة التي يحتوي عليها؟
الهيدروجين هو العنصر الأكثر شيوعاً في الكون. وهو غاز عديم اللون والرائحة وغير سام وشديد الاشتعال وبالتالي فهو شديد الاشتعال وبالتالي فهو شديد الانفجار أيضاً. وقد تم التعرف على هذا الخطر في جميع أنحاء العالم منذ حريق المنطاد الذي يعمل بالهيدروجين في عام 1937.
ومع ذلك وعلى الرغم من هذا الحادث، فقد تم إنتاج الهيدروجين واستخدامه بأمان في الصناعة الكيميائية لعقود. وحتى الآن يُستخدم الغاز بشكل أساسي في تكرير النفط وإنتاج البلاستيك والصلب والأسمدة.
ويحتوي الهيدروجين على قدر كبير من الطاقة القابلة للاستخدام. ويحتوي الكيلوغرام الواحد من الهيدروجين المسال على طاقة تزيد بمقدار 2.4 مرة عن الكمية نفسها من الغاز الطبيعي المسال، وثلاثة أضعاف تقريباً أكثر من البنزين وحوالي أربعة أضعاف الكيلو من الفحم الصلب.
هل الهيدروجين طاقة نظيفة؟
كوسيلة للدفع يمكن حرق الهيدروجين بطريقة نظيفة جداً في محرك احتراق داخلي أو توربين. فبالإضافة إلى الكهرباء والحرارة، لا تنتج غازات العادم، بل الماء فقط. يمكن لخلية الوقود إنتاج الكهرباء باستخدام الهيدروجين.
ومع ذلك عادةً ما يتحد الهيدروجين مع عناصر أخرى في الطبيعة، وغالباً ما يكون مرتبطاً بالأكسجين في الماء (H2O). وللحصول على الهيدروجين النقي من هذا المركب أو غيره من المركبات، يلزم توفير الطاقة. وهناك طرق عديدة لذلك.
الرمادي والأزرق والوردي والأخضر: كيف ينتج الهيدروجين؟
الهيدروجين غاز عديم اللون. ولكن لتمييزه، تستخدم الصناعة ألواناً مختلفة حسب طريقة الإنتاج. معظم الهيدروجين المنتج حالياً هو ما يسمى بالهيدروجين الرمادي. وتسمى عملية الإنتاج هذه بالإصلاح بالبخار، حيث يتفاعل الغاز الطبيعي (CH4) والماء (H2O) مع بعضهما البعض عند درجة حرارة وضغط مرتفعين. وينتج عن ذلك الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون (CO2). وعندما يتم إنتاج طن واحد من الهيدروجين باستخدام هذه الطريقة، يتم إطلاق حوالي عشرة أطنان من ثاني أكسيد الكربون المضر بالمناخ في الوقت نفسه.
أما الهيدروجين الأسود والبني فهو أكثر ضرراً على البيئة. وبالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين، ينتج أيضاً غاز أول أكسيد الكربون السام (CO).
حوالي 95 في المائة من الهيدروجين المنتج في جميع أنحاء العالم حتى الآن هو هيدروجين رمادي وأسود وبني. ويستخدم هذا الهيدروجين بشكل رئيسي لإنتاج المنتجات النفطية مثل البنزين والديزل والكيروزين وكذلك لإنتاج الأسمدة.
أما الهيدروجين الأزرق فهو أكثر ملاءمة للمناخ إلى حد ما، ولكنه ليس محايداً مناخياً. ومثل الهيدروجين الرمادي، يتم إنتاجه من الغاز الطبيعي. ومع ذلك مع الهيدروجين الأزرق، يتم التقاط 80 إلى 90 في المائة من ثاني أكسيد الكربون المنتج أثناء الإنتاج. ويمكن حقنه في آبار النفط أو الغاز الطبيعي القديمة. ومع ذلك لا يوجد حتى الآن سوى عدد قليل من المصانع التجريبية لإنتاج الهيدروجين الأزرق.
وهناك تقنية أخرى هي إنتاج الهيدروجين من الماء. في ما يعرف بالتحليل الكهربائي، يتم إدخال الكهرباء في الماء ويتم إنتاج الهيدروجين والأكسجين.
ويُصنَّف الهيدروجين باللون الأصفر إذا كانت الكهرباء المستخدمة في التحليل الكهربائي تأتي من مزيج من الطاقة من الوقود المتجدد والأحفوري، ويُصنَّف الهيدروجين باللون الوردي إذا كانت الكهرباء تأتي من محطة طاقة نووية. ومع ذلك لم يتم استخدام هذه الطرق حتى الآن إلا قليلاً، وكذلك إنتاج الهيدروجين الفيروزي. وينطوي ذلك على تقسيم الميثان في الغاز الطبيعي إلى هيدروجين وكربون صلب.
وإذا تم استخدام الكهرباء المتجددة فقط للتحليل الكهربائي، فإن الهيدروجين المنتج بهذه الطريقة يسمى أخضر. وهي الطريقة الوحيدة التي لا تنتج أي غازات دفيئة. وحتى الآن لا يزال الهيدروجين الأخضر يمثل أقل من واحد في المائة من الإنتاج العالمي للهيدروجين.
لماذا يوجد القليل جداً من الهيدروجين الأخضر حتى الآن؟
إن ارتفاع التكاليف والافتقار إلى البنية التحتية وقلة الطاقة المتجددة هي العقبات التي تعترض طريق الهيدروجين الأخضر. هذا هو السبب في أن تكلفة الهيدروجين الأخضر حاليًا أكثر من ضعف تكلفة الهيدروجين المنتج من الغاز الطبيعي. ووفقًا لحسابات أجرتها لجنة تحولات الطاقة الدولية، يجب استثمار 15 تريليون دولار (13.5 تريليون يورو) بحلول عام 2050 لبناء قطاع الهيدروجين بحيث يمكنه تغطية 15 إلى 20 في المائة من الطلب العالمي على الطاقة.
إن أسعار الكهرباء الخضراء وإنتاج الهيدروجين باستخدام التحليل الكهربائي آخذة في الانخفاض بالفعل. وفي الوقت نفسه، ترتفع الضرائب على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وهذا سيغير فروق التكلفة في السنوات القادمة.
وتفترض وكالة الطاقة الدولية (IEA) في تقريرها عن الهيدروجين أن التوسع في استخدام الطاقات المتجددة في المناطق التي تكثر فيها الشمس والرياح، مثل الهند والشرق الأوسط وأفريقيا، سيزيد بشكل كبير من نسبة الهيدروجين الأخضر. وسيؤدي ذلك أيضًا إلى خفض التكاليف.
كما يجب توزيع الهيدروجين في جميع أنحاء العالم، ونقله بكميات كبيرة ليس بالأمر السهل. ويمكن نقل الغاز في خطوط الأنابيب أو الشاحنات أو سفن الشحن. ولكن يجب تخزينه في حاويات مضغوطة خاصة. ولتسييله يجب تبريده إلى 253 درجة مئوية تحت الصفر. ومع ذلك من الممكن أيضًا شحن الهيدروجين في الأمونيا، وهو أسهل بكثير في النقل.
ومن المقرر الآن إنشاء بنية تحتية عالمية لتجارة الهيدروجين الأخضر. وتريد ألمانيا وبلدان أخرى الاستثمار على نطاق واسع في هذا المجال على مدى العقد المقبل وتوسيع الإنتاج من أجل جعل الهيدروجين بديلاً قابلاً للتطبيق للوقود الأحفوري.