وقود الهيدروجين الوقود النظيف

وقود الهيدروجين هو ببساطة غاز الهيدروجين H₂. وسبب كون غاز الهيدروجين وقود نظيف هو لأنه عندما يحترق لا يطرح غاز ثاني اوكسيد الكربون بل يتأكسد الى بخار ماء وهو غير مؤذي وغير سام. غاز الهيدروجين يتميز عن الوقود الاحفوري كونه لا يأتي من مصادر طبيعية فلذلك يكون غير مصاحب مع مركبات كبريتية ولا مع معادن ثقيلة فتكون معدات الاحتراق الداخلي مصممة لوقود نظيف غير ملوث ولا يؤذي حجرات الاحتراق بوجود ترسبات كبريتية او معدنية او يقلل كفاءة الاحتراق. القيمة الحرارية للهيدروجين التي تعمد عليها تفاعلات الاكسدة والاختزال هي  HHV=142 Mj/Kg. كما يستخدم الهيدروجين المنتج في خلايا الوقود في جزء الأنود حيث تتحرر الالكترونات والبروتونات وتنتقل كل منهما الى الكاثود بأتجاهين متعاكسين حيث تنتقل البروتونات (ايونات الهيدروجين) عبر الغشاء  PEM او عن طريق جسر ملحي بينما تنتقل الالكترونات عبر دائرة كهربائية خارجية لتنتج الكهربائية المستمر .DC

مميزات غاز الهيدروجين كوقود تتلخص بما يلي:

• وقود نظيف لا ينتج ثاني اوكسيد الكاربون.
• لا يحتوي مركبات كبريتية ومعادن ثقيلة فهو لا يستخرج من مصدر طبيعي احفوري.
• قيمة حرارية عالية.
• كهربائية فعالة بفضل خلايا الوقود.

لكن هناك سلبيات بالمقابل للمميزات وهي:

• مسألة الخزن فهو غاز يحترق بدرجات حرارة منخفضة وغالبا ينفجر بدرجة حرارة الغرفة.
• انتشاريته العالية تتطلب خزانات محكمة تتحمل ضغوط عالية.
• كثافته قليلة جدا فكتلة الهيدروجين المطلوب خزنه تحتاج مستوعبات خزن تعادل 14 مرة مستوعبات الخزن الخاصة بالغاز الطبيعي وتم حل مشاكل الخزن بالضغط والتبريد وهذا بدوره يحتاج طاقة عالية.

ويتم تصنيع غاز الهيدروجين بعدة طرق منها:

• التحليل الكهربائي للماء فتنتج كمية حجمية من غاز الهيدروجين ضعف كمية الاوكسجين.
• اكسدة المعادن بإستخدام بخار الماء مثل اكسدة الحديد لأنتاج اوكسيد الحديد الرباعي وهي طريقة قديمة جدا وذلك بإمرار بخار ماء ساخن بضغط عالي على قضيب حديدي كما في التفاعل لآتي:

3Fe+ 4H₂O↔ Fe₃O₄+ 4H₂

الطريقة البيتروكيمياوية وهي الطريقة الشائعة خصوصا في البلدان الغنية بالنفط وممكن استخدام المواد العضوية المتخلفة مكان النفط حيث تستخدم steam cracker  وهو تكسير حراري بإستخدام بخار بضغوط عالية فيتحرر غاز الهيدروجين واهم معدة مستخدمة في هذه العملية هي فرن التكسير الحراري. وناتج العملية الخاصة بالتكسير الحراري البخاري للمادة الهيدروكاربونية يسمى Syngas حيث يتكون من غاز الهيدروجين وغاز احادي اوكسيد الكاربون واللذان يستخدمان في صناعات مهمة جدا سنتطرق لها في مقالات أخرى. والتفاكل كالآتي:

C_nH_m + nH₂O → nCO)+(m + 2n)/2 )H₂

• طريقة التحلل الحراري بمعزل او بوفرة قليلة من الهواء Gasification حيث يتم انتاج غاز احادي اوكسيد الكاربون و غاز الهيدروجين بحرق اي مادة هيدروكاربونية بمعزل عن الهواء مثلا التحلل الحراري لغاز الميثان:

2CH₄+ O₂→ 2CO+4H₂

هناك الكثير من المطالبات الدولية والمؤسساتية بإستخدام غاز الهيدروجين كبديل للغاز الاحفوري لما يحمله استخدامه من قلة الملوثات وكمية الطاقة التي يحررها سواء اكانت حرارية او كهربائية.