يتمتع الهيدروجين بإمكانيات هائلة كمصدر طاقة نظيف ووفير. ومع ذلك، فإن تسخيرها على نطاق واسع باستخدام التقنيات والتقنيات التقليدية ليس بالأمر السهل. يشرح جون دافيسون، مدير المنتج - درجة الحرارة والضغط، من ABB، كيف يمكن للتطورات الأخيرة في تقنيات القياس أن تساعد في مواجهة بعض التحديات التي ينطوي عليها الأمر، وربما تؤدي إلى ثورة هيدروجين جديدة.

الهيدروجين هو المادة الكيميائية الأكثر وفرة في الكون، ويشكل حوالي 75% من جميع المواد الطبيعية. إنه عديم اللون، عديم الرائحة، لا طعم له، غير سام، وقابل للاشتعال للغاية. تجتمع كل هذه العوامل لتجعل من الهيدروجين عامل تغيير محتمل في إنتاج الطاقة النظيفة، إذا أمكن إنتاجه بشكل آمن ومستدام.

لا شك أن التحول من اقتصاد الوقود الأحفوري إلى اقتصاد متجدد يمثل تحديات. علاوة على ذلك، لا توجد "حل سحري" قادر على تحقيق مجتمع خال من الكربون بين عشية وضحاها. ومع ذلك، فمن خلال الاستفادة من التقنيات الموجودة بالفعل اليوم، يمكن للهيدروجين أن يطلق العنان للتقدم السريع على الطريق نحو مستقبل أكثر استدامة.

ما الذي يدفع التحول إلى الهيدروجين؟
إذا كان للمجتمع أن يصل إلى صافي الصفر خلال الإطار الزمني الذي حددته اتفاقية باريس، فإن هذا سيتطلب تحولا كبيرا في كيفية إنتاج طاقتنا. تعد مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية جزءًا أساسيًا من أي مزيج طاقة مستقبلي، إلا أن هذه المصادر بطبيعتها متقطعة. في حين أنه يمكن التخفيف من ذلك إلى حد ما من خلال تصميم شبكة متطور وتكرار مناسب، إلا أنه لا يزال من الحكمة أن يكون لديك مصادر ثابتة للطاقة يمكن الاعتماد عليها. تقليديا، كان هذا يعني الفحم، والطاقة النووية، والغاز الطبيعي. ومع ذلك، تعتبر هذه الأمور الثلاثة جميعها، إلى حد ما على الأقل، مشكلة في سياق صافي الصفر.

ومن ناحية أخرى، فإن الهيدروجين متوفر بوفرة ويمكن الوصول إليه نسبياً، وفي بعض الحالات باستخدام البنية التحتية القائمة. وبينما أصبحت آثار تغير المناخ أكثر وضوحا وأكثر ضررا، هناك حاجة متزايدة إلى حلول جديدة لتسريع التحول إلى الطاقة النظيفة ومنخفضة الكربون. ويشكل أمن الطاقة أيضاً عاملاً رئيسياً يدفع التحول إلى طاقة أكثر استدامة، حيث تسعى العديد من البلدان إلى تحقيق الاكتفاء الذاتي على نحو متزايد وسط ارتفاع أسعار الطاقة والتقلبات الجيوسياسية.

الهيدروجين كعنصر هو في حد ذاته غير مرئي. أما عندما يستخدم كمصدر للطاقة فإنه يصنف حسب طريقة إنتاجه، ولكل منها لونه الخاص. في حين أن اصطلاحات التسمية تختلف من منطقة إلى أخرى، يمكن أن يكون الهيدروجين باللون الرمادي أو الأزرق أو الأخضر أو ​​الأسود أو البني أو الوردي أو الأصفر أو الفيروزي اعتمادًا على كيفية إنتاجه.

في أسفل المقياس لدينا الهيدروجين الأسود والبني، وهما الأكثر ضررًا على البيئة. في هذه العمليات، CO₂ ولا يتم استعادة أول أكسيد الكربون المتولد أثناء عملية إنتاج الهيدروجين. يعد الهيدروجين الرمادي حاليًا هو الشكل الأكثر شيوعًا للهيدروجين، ويتم توليده من الغاز الطبيعي أو الميثان من خلال عملية تسمى الإصلاح بالبخار.

ويأخذ الهيدروجين الأزرق هذه الخطوة إلى الأمام، من خلال احتجاز الكربون المتولد أثناء عملية إعادة تشكيل البخار، وتخزينه تحت الأرض في عملية تُعرف باسم احتجاز الكربون وتخزينه (CCS). تعد هذه الطريقة تحسينًا كبيرًا للهيدروجين الأسود والبني والرمادي من حيث تأثيره البيئي. ومع ذلك، لا يمكن اعتباره مصدر وقود خاليًا تمامًا من الكربون، حيث لا يمكن احتجاز كل الكربون الناتج أثناء العملية. علاوة على ذلك، فإن تخزين الكربون في الأرض أمر غير مستدام بطبيعته.

الهيدروجين الأخضر هو الكأس المقدسة لإنتاج الهيدروجين. هذا هو المكان الذي يتم فيه إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يتم توفير الكهرباء من مصادر متجددة ولا تنتج سوى القليل من انبعاثات الكربون. الهيدروجين الأخضر هو وقود محترق نظيف، وينتج الماء فقط كناتج ثانوي له. في حين تم إثبات الهيدروجين الأخضر على نطاق صغير، إلا أن التكنولوجيا والعمليات لم يتم تطويرها بعد لتسهيل إنتاجه على نطاقات أوسع.

نهج خطوة بخطوة
وإلى أن تتوفر لدينا التكنولوجيا والبنية التحتية اللازمة لإنتاج الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع، فإن الهيدروجين الأزرق هو ثاني أفضل شيء. ولتحقيق هذه الغاية، في حين أن الهيدروجين الأزرق لا يعد حلاً مثاليًا في حد ذاته، إلا أنه يمثل تقنية حيوية لتسهيل أو نقطة انطلاق نحو طاقة خالية من الكربون. يحدث التقدم التكنولوجي في العصر الحديث بزيادات بدلاً من التحولات النموذجية، ويُعتقد على نطاق واسع أنه لا يمكن تحقيق إنتاج الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع دون إتقان إنتاج الهيدروجين الأزرق أولاً.

وبالتالي فإن احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه يعد أيضًا جزءًا مهمًا من الرحلة نحو إنتاج طاقة خالية من الانبعاثات. ينظر البعض إلى احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه على أنه مثير للجدل، ومع ذلك، من المهم أن نتذكر أنه ليس ولا ينبغي اعتباره حلاً بين عشية وضحاها لصافي الصفر. بل إنها بمثابة نقطة انطلاق للتحول الأوسع إلى الهيدروجين الأخضر وتوليد الطاقة الخالية من الانبعاثات. في عالم مثالي، سننتقل على الفور إلى حياة خالية من الكربون، ولكن هذا ببساطة غير واقعي دون حدوث اضطراب مجتمعي كبير. تحتاج الاقتصادات إلى الوقت للتكيف، وتحتاج التكنولوجيات إلى الوقت لتتطور، وتحتاج مشاريع البنية التحتية إلى الوقت والاستثمار قبل أن يصبح من الممكن تفعيلها. يمكن للهيدروجين الأزرق، وبالتالي احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه، أن يمهد الطريق لزيادة فعالة من حيث التكلفة وسريعة لإنتاج الهيدروجين الأخضر في المستقبل.

قياس دقيق في إنتاج الهيدروجين
إن إنتاج الهيدروجين الأزرق والأخضر، وخاصة على نطاق واسع، لا يخلو من التحديات. يجب التحكم في العمليات بدرجة عالية من الدقة لضمان التشغيل الفعال والآمن، مع تحقيق أقصى قدر من الإنتاجية والكفاءة والنقاء للمنتج النهائي لغاز الهيدروجين. وتتطلب السيطرة الفعالة على هذه المتغيرات قياسا فعالا.

عند نقل كمية من الهيدروجين من مكان إلى آخر، عليك أن تعرف بالضبط كمية المنتج المتضمنة في عملية النقل، لأسباب ليس أقلها أغراض الفوترة والضرائب. يتم تحقيق ذلك عادة من خلال قياس التدفق. يعد قياس الضغط مهمًا أيضًا لضمان عدم انفجار الأنابيب والبنية التحتية الأخرى أو الإضرار بسلامة العملية.

سيؤدي ضغط غاز الهيدروجين أو فك ضغطه إلى توليد الحرارة أو فقدانها. توليد الكثير يمكن أن يسبب اشتعالًا شديدًا، ولذلك يجب أيضًا قياس درجة الحرارة لأغراض السلامة. الجودة مهمة أيضًا. معظم الهيدروجين المباع في السوق ليس هيدروجينًا نقيًا بنسبة 100%، حيث يمكن إضافة إضافات مثل النيتروجين بكميات صغيرة. ولذلك يحتاج كل من المشتري والبائع إلى معرفة نسبة الهيدروجين النقي إلى المواد المضافة من أجل تحديد السعر وتوفير الشفافية للسوق الأوسع.

يمكن أن يؤدي قياس الهيدروجين إلى تحديات فريدة خاصة به. على سبيل المثال، يعد التخلل مشكلة محددة في أدوات الضغط. تحتوي هذه على غشاء رقيق بداخلها، يمكن من خلاله اختراق الغازات والأبخرة والسوائل. وبمرور الوقت، سيؤدي هذا في النهاية إلى تحول في المعايرة، وهو ما يمكن أن يمثل مشكلة خطيرة عندما يخاطر بتعطيل القياسات المهمة. يعد اختيار تقنية القياس المناسبة للتطبيق الصحيح أمرًا حيويًا لضمان بقاء العمليات فعالة وآمنة في جميع الأوقات.

والأهم من ذلك، أنه في حين أن بعض القياسات أكثر أهمية من غيرها في مراحل معينة، إلا أن قياس التدفق والضغط ودرجة الحرارة والجودة كلها مطلوبة إلى حد ما على الأقل. إن القيام بذلك يسمح للشركات بالحصول على صورة كاملة عما يحدث خلال مراحل الإنتاج والتوزيع والنقل.

إن تحقيق صافي الصفر سيتطلب بالضرورة تقليصًا كبيرًا في عمليات التنقيب عن النفط والغاز في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، فإن النفط والغاز صناعة ناضجة للغاية، ولا تزال العديد من الاقتصادات تعتمد عليها بشكل كبير لتحقيق الدخل والتجارة وأمن الطاقة. وبالتالي يمكن أن يمثل هذا عائقًا رئيسيًا أمام التقدم في تحقيق الأهداف المناخية.

يمكن أن يساعد الهيدروجين في تسهيل عملية الانتقال هنا. بالإضافة إلى استبدال الوقود الأحفوري التقليدي كسلعة قابلة للتداول، فقد تم بالفعل تطوير الكثير من البنية التحتية والتكنولوجيا والخبرة اللازمة لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع وإتقانها لصناعات النفط والغاز. يعد احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه مثالاً على التقنية التي يمكن أن توفر فوائد على المدى القصير لعمليات النفط والغاز، حيث يتم حقن الكربون في الآبار الموجودة لتوفير عائد أكبر.

اتخاذ الخطوات التالية نحو مستقبل الهيدروجين
ونظرًا لأن إنتاج الهيدروجين صناعة جديدة نسبيًا مقارنة بالنفط والغاز، فإن الإطار التنظيمي المحيط به ليس متطورًا تقريبًا. هناك حاجة إلى إحراز تقدم سريع لتوسيع نطاق هذا الإطار لضمان قدرته على مواكبة التوسع المتزامن في البنية التحتية للهيدروجين. على سبيل المثال، العديد من المعايير التي تنطبق على عدادات الغاز وأجهزة التحويل والبرمجيات في تطبيقات النفط والغاز لا تنطبق على الهيدروجين. وهذا يحتاج إلى التغيير، ويجب على أصحاب المصلحة الرئيسيين عبر المشهد الهيدروجيني أن يجتمعوا معًا لإنشاء ومواءمة معايير قابلة للتطبيق للصناعة الأوسع.

تعد ABB موردًا رئيسيًا لحلول القياس لكل من الوقود الأحفوري وإنتاج مصادر الطاقة المتجددة، وتشارك حاليًا بنشاط في هذه المناقشات. كما قامت بتطوير مجموعة من الحلول الجديدة الموجهة خصيصًا لصناعة الهيدروجين. وتشمل هذه "الدرع H"، الذي يُستخدم في منتجات قياس الضغط والمستوى والتدفق كبديل متفوق وأكثر فعالية من حيث التكلفة لطلاء الذهب التقليدي، ويوفر مقاومة عالية للغاية ضد تغلغل الهيدروجين.

كما قامت شركة ABB أيضًا بتطوير مجموعة من الحلول غير الجراحية كبديل للآبار الحرارية التقليدية، بناءً على خبرة الشركة الواسعة في تقنيات قياس النفط والغاز. يمكن أن تساعد الأدوات الرقمية في دعم المشغلين في ضمان دقة أجهزتهم وخلوها من الأخطاء في جميع الأوقات، وتسهيل التحول إلى الصيانة التنبؤية والتشغيل عن بعد.

لمزيد من المعلومات حول محفظة الهيدروجين للقياس والتحليلات الخاصة بشركة ABB، تفضل بزيارة: https://new.abb.com/products/measurement-products/hydrogen

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://envirotecmagazine.com/2024/02/09/why-hydrogen-is-the-key-to-a-low-carbon-future/