تقنية لتخزين الهيدروجين قد تحدث ثورة في صناعة الطائرات المُسيرّة

عندما تفكر في الهيدروجين والرحلات الجوية، فإن الصورة التي تتبادر إلى الذهن لدى معظم الناس هي منطاد هيندنبورغ.
ولكن، في مختبر يقع في قلب الطابق السفلي لجامعة إمبريال كولج في لندن، تمكن فريق من الباحثين الشباب من التوصل إلى اكتشاف يُعتقد أنه سيشكل مستقبل السفر الجوي.
وتسعى شركة “ PowerH2Go” إلى الحصول على براءة اختراع لتقنيتها في تخزين غاز الهيدروجين بطريقة آمنة (تُجنب احتمالات انفجاره) ورخيصة تُسهل استخدامه كوقود تجاري نظيف.
ويتطلب تخزين الهيدروجين حتى الآن خزانات كبيرة وقوية للغاية يُمكنها تحمل ضغط يصل إلى عشرة آلاف رطل لكل بوصة مربعة. وهي درجة ضغط أكبر بمئات المرات مما تجده في إطار السيارة.
وقد توصلت الدكتورة إيناس أبو حامد أثناء دراستها للحصول على شهادة الدكتوراه في جامعة كامبريدج البريطانية إلى تقنية وصفت بالثورية لتخزين الهيدروجين بصورة مستقرة من دون ضغط.
وتقول إيناس إن “الضغط المستخدم مشابه لما تحصل عليه في آلة صنع القهوة”.
وقد جمعت الجامعة إيناس مع لوك سبرين المختص في دراسة خواص المواد وتطبيقاتها العلمية والهندسية، في محاولة لإيجاد تطبيقات تجارية للابتكار، وبذلك ولدت شركة “ PowerH2Go”.
التغير المناخي: كيف استخدمت الطاقة المائية لحفظ الكتاب المقدس؟
طيران تجريبي
وبنت أبو حامد وسبرين، الذي يرأس حالياً قسم التكنولوجيا، شراكة مع شركة بالارد الكندية المختصة بصناعة خلايا الوقود الهيدروجينية قبل عام، لتصنيع طائرة مُسيرّة يعتمد محركها على الهيدروجين المخزن بطريقة آمنة.
وأخيراً، وبعد أشهر من التعاون والاتصالات عن طريق المكالمات الهاتفية ورسائل البريد الإلكتروني، سافر سبرين ومسؤول تطوير المنتجات في الشركة بيتر إيتاليانو إلى بوسطن لحضور أول تجربة للطيران باستخدام الوقود الجديد.
ويقول سبرين مبتسماً: “بالطبع كنا نحتاج إلى طقس جيد فعلاً لتحليق طائرة من دون طيار”.
ويضيف: “لكن هطلت أمطار غزيرة في الأيام القليلة الأولى، ولم نكن متأكدين من أننا سنتمكن من المضي قدماً في التجربة، لذا، عندما حلّقت الطائرة المُسيرة لاحقا، شعرنا بارتياح كبير”.
فانيا اسماعيل: كردية فازت بجائزة المبدعين البريطانيين لعام 2019
كيف تعمل؟
يزن المفاعل المصنوع من الألومنيوم المستخدم في هذه الطريقة أقل من وزن كيس صغير من السكر. وتحتوي أسطوانة الغاز الصغيرة فيه على شبكة معقدة من أنابيب الألمنيوم التي صنعت باستخدام الطباعة المجسمة (ثلاثية الأبعاد).
ويبقى الهيدروجين في حالة مستقرة وصلبة (مجمدة) داخل الأسطوانة حتى يتم ضخ “سائل ” عبر الأنابيب الدقيقة يؤدي إلى تسخينها وإطلاق غاز الهيدروجين إلى خلية تولد الكهرباء لتحريك الطائرة المسيّرة.
ويتم ضخ الهيدروجين (H2) في جانب واحد من خلية انتاج الطاقة تلك، ويستخدم محفز يزيد سرعة التفاعل ليحرر الإلكترونات، مولدا طاقة كهربائية.
ثم يُضخ الأوكسجين (O) في الجانب الآخر من خلية انتاج الطاقة ليتحد مع ذرات الهيدروجين موجبة الشحنة H+الباقية.
ولا يخلف إنتاج الطاقة بهذه الطريقة أي غازات ملوثة للبيئة، بل بخار الماء (H2O) فقط .
امداد لا ينضب
حتى وقت قريب، كانت التكلفة العالية لإنتاج غاز الهيدروجين تمثل عقبة رئيسية أمام استخدامه كوقود بطريقة مقبولة تجاريا.
ويحتاح تقسيم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأوكسجين إلى الكثير من الطاقة التي تأتي عادة من مصادر الوقود الأحفوري.
بيد أن انتشار تقنيات إنتاج الطاقة المتجددة على نطاق واسع والتحسينات في تقنيات التحليل الكهربائي – العملية الكيميائية لفصل العناصر باستخدام الكهرباء – قلل من التكلفة المالية والبيئية لإنتاج الهيدروجين واستخدامه كوقود.
وفي الوقت الراهن، يطبق معظم الدول قواعد أمان صارمة بشأن تحليق الطائرات المُسيرّة فوق المناطق المكتظة بالسكان. إذ قد يتسبب حادث تصادم أو عطل فني في سقوط مثل هذه الطائرات، التي تستخدم بطاريات الليثيوم أيون (Li-on) والتي تكون قابلة للاشتعال بدرجة كبيرة، وبالتالي قد يتسبب سقوطها أو تحطمها عند الهبوط بانفجارات.
لكن إيناس أبو حامد تشير إلى أنه حتى لو سقطت الطائرة المُسيرة التي تستخدم وقود الهيدروجين، فسيظل الهيدروجين مستقراً في شكله الصلب داخل مفاعلها، ولا ينجم عن ذلك أي انفجار.
وقود ممتاز
تصف إيناس الهيدروجين بأنه “غاز سعيد” وهو يُريد التحرك في الحيز الذي يوضع فيه، وهذا ما يجعله شديد الانفجار. ولكنه في الوقت نفسه ينطوي على آفاق استثمارية كبيرة في استخداماته.
يولد الكيلوغرام من الهيدروجين ثلاثة أضعاف الطاقة الناجمة عن الكمية نفسها من الوقود الأحفوري، أي حوالي 39 كيلو واط في الساعة للكيلوغرام الواحد مقارنة بحوالي 13 كيلو واط في الساعة للكيلوغرام لكل من الكيروسين أو البنزين أو 0.2 كيلو واط في الساعة فقط لبطاريات الليثيوم التقليدية.
وهذا يعني أن الطائرة المُسيرة التي تعمل بالهيدروجين يمكنها أن تحلق لزمن أطول من تلك التي تعمل بالبطارية، ويحتمل أن تحمل أوزاناً أثقل.
وتتحدث إيناس بحماس عن آفاق ابتكارها: “إذا تمكنت الطائرات المُسيرّة البقاء لفترة أطول في السماء، فيمكن استخدامها في إرسال الأدوية أو القيام بمسح جوي لمناطق الكوارث وإرسال المعلومات عنها”.
وتقول: “حلمي ليس صنع طائرات مُسيرّة، فحسب، بل ربما نتمكن من التخلص من نفايات الكربون الناجمة عن وسائل الطيران، في العشرين أو الثلاثين سنة المقبلة، وهو أمر بالغ الأهمية لمناخ كوكبنا”.