فك تشفير قوس قزح الهيدروجين: ما هو ولماذا هو مفيد؟

يلعب الهيدروجين دورًا مهمًا في إزالة الكربون حيث يسعى العالم للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري. مع تسليط الضوء بشكل متزايد على مصدر الطاقة النظيفة المهم هذا، دخلت المصطلحات الملونة مثل الهيدروجين الأخضر والهيدروجين الأزرق والهيدروجين الرمادي في المعجم المعقد بشكل متزايد للكلمات الطنانة المتعلقة بالاستدامة. ولكن ماذا يعني نظام الترميز اللوني هذا، ولماذا هو مفيد؟

تم استخدام الهيدروجين كوقود لأكثر من قرنين من الزمان. على الرغم من أن الآلاف من المركبات والآلات في جميع أنحاء العالم تعمل بخلايا وقود الهيدروجين اليوم، إلا أن التعقيدات وتكلفة إنتاج الهيدروجين أعاقت اعتماده على نطاق واسع في الماضي.

الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون، لكنه لا يتواجد بشكل طبيعي من تلقاء نفسه. ويجب إنتاج الهيدروجين عن طريق فصله عن العناصر الأخرى، كما هو الحال في الماء أو الوقود الأحفوري. هناك مجموعة من الطرق للقيام بذلك، وكل واحدة من هذه العمليات تستخدم كميات مختلفة من الطاقة وتنتج انبعاثات مختلفة من غازات الدفيئة.

باعتباره مصدرًا للطاقة النظيفة، من المهم التمييز بين الهيدروجين من خلال طريقة الإنتاج المستخدمة لفهم الصورة الكاملة لتأثيره البيئي. ولهذا السبب تم إنشاء قوس قزح الهيدروجين.

لماذا قوس قزح؟

يعد قوس قزح الهيدروجين طريقة بسيطة للأشخاص الذين لا يعملون في صناعة الطاقة النظيفة أو ليسوا على دراية بها لفهم الخيارات المتاحة حول حل الطاقة المثير هذا. ومن الجدير بالذكر أن الهيدروجين كله عبارة عن غاز غير مرئي عديم اللون. لسوء الحظ، لا يوجد هيدروجين في الواقع باللون الوردي أو الأصفر أو الفيروزي في اللون المرئي.

وبدلاً من ذلك، تعتبر الألوان أداة مفيدة لتصنيف وتذكر أنواع الهيدروجين.

الألوان المستخدمة في تسمية طرق الإنتاج - رغم أنها لا تعكس الخصائص العلمية - تكون ذات معنى في بعض الحالات وتعسفية في حالات أخرى. ومن غير المستغرب أن يكون الهيدروجين الأخضر هو الخيار الأكثر استدامة مع أقل تأثير على البيئة. بينما حصل الهيدروجين الفيروزي على اسمه لأن عملية إنتاجه تقع في مكان ما بين الأخضر والأزرق. يستمر قوس قزح الهيدروجين في التوسع مع إدخال طرق جديدة ومبتكرة لإنتاج الهيدروجين.

دعونا نحلل النطاق الكامل لقوس قزح وننظر إلى الطرق المختلفة لإنتاج الهيدروجين.

الهيدروجين الأخضر

لا يحتوي الهيدروجين الأخضر على أي انبعاثات كربونية ويتم إنتاجه باستخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية لتحليل المياه بالكهرباء. تستخدم المحللات الكهربائية تفاعلًا كهروكيميائيًا لتقسيم الماء إلى مكوناته من الهيدروجين والأكسجين.

الهيدروجين الأخضر هو الهيدروجين الوحيد الذي لا يصدر أي انبعاثات ضارة أثناء الإنتاج. في حين أن فوائد الهيدروجين الأخضر كبيرة، إلا أن إنتاجه أكثر تكلفة ويشكل نسبة صغيرة جدًا من إنتاج الهيدروجين. ومع حدوث تطورات وابتكارات جديدة في مجال الهيدروجين الأخضر، ستنخفض الأسعار وسينمو الاستخدام.

يعتبر الهيدروجين الأخضر هو محور التركيز الأساسي لتقنيات المحلل الكهربائي Accelera™ من Cummins. بفضل تقنية غشاء التبادل القلوي والبروتوني (PEM) في محفظتها، تعمل المحللات الكهربائية Accelera™ PEM على إنتاج الهيدروجين الأخضر في بيكانكور، كندا، مع نظام بقدرة 90 ميجاوات و  نظام 35 ميغاواط بتكليف. 

الهيدروجين الأصفر

مجموعة فرعية من الهيدروجين الأخضر، يتم إنتاج الهيدروجين الأصفر من خلال التحليل الكهربائي الناتج عن الطاقة الشمسية. 

الهيدروجين الرمادي

يتم إنشاء الهيدروجين الرمادي من الغاز الطبيعي - عادة الميثان - من خلال عملية تسمى إصلاح بخار الميثان (سمر). الشكل الأكثر شيوعًا لإنتاج الهيدروجين، يشكل الهيدروجين الرمادي 95٪ من إنتاج الهيدروجين في الولايات المتحدة وهو أقل تكلفة. لا يتم التقاط غازات الدفيئة الناتجة في هذه العملية.

الهيدروجين الأزرق

مثل الهيدروجين الرمادي، يعتمد الهيدروجين الأزرق على عملية SMR التقليدية.

والفرق الرئيسي هو استخدام احتجاز الكربون وتخزينه (CSS). يحبس CSS ثاني أكسيد الكربون من عملية الإصلاح ويعزله تحت الأرض. وهذا من الناحية الفنية يخفض عتبة الانبعاثات، ولكن تسرب الميثان والهيدروجين المباشر من جيوب الكربون المخزنة يشكل مصدر قلق.

يُطلق على الهيدروجين الأزرق اسم منخفض الكربون بسبب CSS، ولكن لا يزال هناك جدل حول ما إذا كان استخدام SRM مع CSS يمكن اعتباره حقًا عملية "منخفضة الكربون".

هيدروجين الفيروز

أحد الألوان الأحدث التي انضمت إلى طيف الهيدروجين هو الهيدروجين الفيروزي. يقع الفيروز بين الهيدروجين الأخضر والأزرق، ويتم إنتاج الفيروز من خلال عملية تسمى الانحلال الحراري للميثان. هذه عملية ذات درجة حرارة عالية تحول الميثان إلى غاز الهيدروجين والكربون الصلب - مثل الفحم أو الكتلة الحيوية - في وجود محفز. لا يتم إنشاء أول أكسيد الكربون أو انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

في حين أن الهيدروجين الفيروزي ليس له تأثير مثبت على نطاق واسع حتى الآن، إلا أنه يتمتع بإمكانية أن يكون حلاً منخفض الانبعاثات إذا تمكن العلماء من إيجاد طرق لتشغيل العملية الحرارية بالطاقة المتجددة واستخدام منتج الكربون الثانوي أو تخزينه بشكل صحيح. 

الهيدروجين الوردي

يستخدم الهيدروجين الوردي الطاقة النووية لتغذية التحليل الكهربائي اللازم لإنتاجه. توفر درجات الحرارة المرتفعة للمفاعلات النووية فائدة إضافية، حيث تنتج الحرارة الشديدة بخارًا يمكن استخدامه في التحليل الكهربائي أو إصلاح غاز الميثان البخاري القائم على الغاز الأحفوري في أشكال أخرى لإنتاج الهيدروجين.

الهيدروجين البني والأسود

يمثل الهيدروجين الأسود والبني العملية التقليدية لصنع الهيدروجين - تحويل الفحم إلى غاز. يطلق الفحم الأسود (الفحم الأنثراسايت والفحم القاري) كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون لكل وحدة طاقة منتجة مقارنة بالفحم البني (الليغنيت)، ولكن هذا لا يعني أن تغويز الفحم الأسود أمر مرغوب فيه. لا تزال عملية إنتاج الهيدروجين الأكثر ضررًا بالبيئة. 

هيدروجين أبيض

الهيدروجين الأبيض هو هيدروجين جيولوجي موجود بشكل طبيعي في الرواسب تحت الأرض. يتم استكشاف إمكانات هذا الهيدروجين وتأثيره في الاستخراج من قبل الجامعات والشركات ومنظمات البحث والسياسة.

يُطلق على الهيدروجين الموجود طبيعيًا أيضًا اسم الهيدروجين "الذهبي"، ولكن قد ينتهي الأمر بالهيدروجين الذهبي في فئته الخاصة قريبًا. في حين لا يزال هناك جدل حوله، فإن هيدروجين الذهب هو استخراج الهيدروجين من تخمير الميكروبات الموجودة في آبار النفط المستنفدة. 

تأثير قوس قزح

يمكن أن يوفر الهيدروجين مصدرًا نظيفًا للوقود والحرارة للمنازل ووسائل النقل والصناعة. لكن أوراق اعتمادها الخضراء تختلف تبعا لكيفية إنتاجها. على الرغم من انتقاد قوس قزح في بعض الأماكن بسبب المبالغة في تبسيط الفروق الدقيقة في عمليات الإنتاج، فإنه بلا شك ساعد الناس على التعرف على الخيارات وجوانبها الإيجابية والسلبية. لقد جعلت الألوان من السهل تذكر هذه الرسائل التي يحتمل أن تكون معقدة، وأي الخيارات هي الأفضل، وفهم حل جديد ومثير للطاقة النظيفة بشكل أفضل.