فهم محطات التزود بالهيدروجين: دليل شامل

أصبح وقود الهيدروجين بديلاً مقبولاً مع انتقال العالم نحو مصادر طاقة أنظف. تتناول هذه المقالة محطات تزويد الهيدروجين بالوقود، والتحديات التي تواجهها، واستخداماتها المحتملة في النقل.

ما هي محطة التزود بالوقود بالهيدروجين؟

يمكن لخلايا الوقود الخاصة بالسيارات الكهربائية استقبال وقود الهيدروجين من مواقع محددة تُسمى محطات التزود بالهيدروجين (HRS). ورغم أنها مصممة للتعامل مع الهيدروجين، وهو غاز يتطلب احتياطات سلامة خاصة وآلات خاصة، إلا أن هذه المحطات تُشبه محطات الوقود العادية من الناحية الجمالية.

تُشكّل أنظمة تصنيع أو توصيل الهيدروجين، وخزانات التبريد والتخزين، والموزعات الأجزاء الرئيسية الثلاثة لمحطة تزويد الهيدروجين. يُمكن توصيل الهيدروجين إلى المنشأة عبر أنابيب أو مقطورات أنبوبية، أو يُمكن إنتاجه في الموقع باستخدام تقنية إعادة تشكيل الميثان بالبخار أو التحليل الكهربائي.

المكونات الرئيسية لمحطة التزود بالهيدروجين:

ل معدات تصنيع أو نقل الهيدروجين إلى السفن

وحدات ضغط لزيادة ضغط خزانات الهيدروجين التي تخزن الهيدروجين تحت ضغط عالي للغاية

l موزعات مع فوهات FCEV خاصة

وظائف السلامة مثل اكتشاف التسرب وإيقاف التشغيل في حالات الطوارئ

ما هي أكبر مشكلة مع وقود الهيدروجين؟

معدات لتصنيع أو نقل الهيدروجين إلى أوعية وحدات ضغط لزيادة ضغط خزانات الهيدروجين التي تخزن الهيدروجين تحت ضغط عالي للغايةdموزعات مزودة بفوهات FCEV خاصة بوظائف السلامة مثل اكتشاف التسرب وإيقاف التشغيل في حالات الطوارئ.تُعدّ تكلفة الإنتاج وكفاءة الطاقة من أبرز التحديات التي تواجه وقود الهيدروجين. حاليًا، يُستخدم تحويل بخار الميثان - الذي يستخدم الغاز الطبيعي ويُنتج انبعاثات كربونية - لإنتاج معظم الهيدروجين. ورغم أن "الهيدروجين الأخضر" المُنتَج بالتحليل الكهربائي باستخدام الطاقة المتجددة أنظف، إلا أن تكلفته لا تزال أعلى بكثير.

وهناك تحديات أكثر أهمية: النقل والتخزين: لأن الهيدروجين يمتلك كمية صغيرة من الطاقة بالنسبة لحجمه، فإنه لا يمكن ضغطه أو تبريده إلا عند ضغوط جوية عالية، مما يسبب التعقيد والتكاليف.

تحسين المرافق: يتطلب بناء عدد كبير من محطات التزود بالوقود الكثير من الموارد.

فقدان الطاقة: بسبب فقدان الطاقة أثناء الإنتاج والاختزال والتبادل، فإن خلايا الوقود المصنوعة من الهيدروجين لديها أداء أقل "من البئر إلى العجلة" من السيارات الكهربائية المجهزة بالبطاريات.

وعلى الرغم من هذه الصعوبات، فإن الدعم الحكومي والبحوث الجارية تحفز التطورات التكنولوجية التي يمكن أن تزيد من الجدوى الاقتصادية للهيدروجين.

هل وقود الهيدروجين أفضل من الكهرباء؟

يعد الاختيار بين السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات والسيارات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين أمرًا صعبًا لأنه بناءً على مشكلة الاستخدام، يقدم كل نوع من أنواع التكنولوجيا مزايا محددة.

تعتبر السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات أكثر فائدة للنقل اليومي والاستخدام في المدن، في حين تعمل السيارات التي تعمل بالهيدروجين بشكل جيد في التطبيقات التي تتطلب مسافات طويلة والتزود بالوقود بسرعة، مثل الحافلات والشاحنات.

كم عدد محطات التزود بالهيدروجين في العالم؟

بحلول عام ٢٠٢٦، كان هناك أكثر من ١٠٠٠ محطة لتزويد الهيدروجين تعمل حول العالم، ومن المقرر أن يشهد هذا العدد نموًا كبيرًا في السنوات التالية. هناك عدة مجالات محددة حيثمحطة تزويد بالوقود بالهيدروجينيكونتم نقله:

مع أكثر من فايمئاتمن بين محطات البث التلفزيوني، تسيطر آسيا على السوق، وتتكون في المقام الأول من دول كوريا الجنوبية (أكثر من 100 محطة) واليابان (أكثر من 160 محطة).سوقتنمو بسرعة لأن الحكومة لديها أهداف طموحة.

مع ما يقرب من 100 محطة، تتفوق ألمانيا على أوروبا، إذ تضم نحو مائتي محطة. وبحلول عام 2030، يخطط الاتحاد الأوروبي لزيادة عدد المحطات إلى آلاف.

يوجد لدى أكثر من 80 محطة منافذ بيع في أمريكا الشمالية، معظمها في كاليفورنيا، مع عدد قليل منها في كندا ومنطقة شمال شرق الولايات المتحدة.

ومع التوقعات التي تشير إلى أنه قد يكون هناك أكثر من 5000 محطة في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2030، فقد طرحت الدول في كل مكان سياسات على الطاولة تهدف إلى تعزيز بناء محطات الهيدروجين.

لماذا يعتبر وقود الهيدروجين أفضل من البنزين؟

بالمقارنة مع الوقود التقليدي المصنوع من النفط، يتمتع وقود الهيدروجين بالعديد من المزايا المختلفة:

تلوث الهواء صفر: تتجنب خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين انبعاثات العادم الضارة التي تؤدي إلى تلوث الهواء وارتفاع درجات الحرارة من خلال إنتاج بخار الماء فقط كأثر جانبي.

الطلب على الطاقة الخضراء: يمكن إنشاء دورة طاقة نظيفة عن طريق إنتاج الهيدروجين باستخدام مصادر طبيعية مثل ضوء الشمس وطاقة الرياح.

الأمن الطاقي: إن التصنيع الوطني للهيدروجين من عدد من المصادر يقلل الاعتماد على النفط الأجنبي.

كفاءة أعلى: عند مقارنتها بالمركبات التي تعمل بمحركات تحرق البنزين، فإن مركبات خلايا الوقود أكثر كفاءة بنحو مرتين إلى ثلاث مرات.

عمليات هادئة: نظرًا لأن سيارات الهيدروجين تعمل بكفاءة، فإنها تقلل من التلوث الضوضائي في المدن.

إن الفوائد الخضراء للهيدروجين تجعله خيارًا جذابًا ليحل محل الوقود في التحول إلى وسائل نقل أنظف، ومع ذلك لا تزال مشاكل التصنيع والنقل قائمة.

كم من الوقت يستغرق بناء محطة تزويد الهيدروجين بالوقود؟

يعتمد الجدول الزمني لبناء محطة تزويد الهيدروجين بشكل كبير على عدد من العوامل مثل أبعاد المحطة ومكان التشغيل وقواعد الترخيص وما إذا كان يتم توفير الهيدروجين أو تصنيعه في الموقع.

بالنسبة لعدد أقل من المحطات ذات المكونات المصنعة مسبقًا والتصاميم المختصرة، تكون الجداول الزمنية النموذجية في غضون ستة أشهر إلى اثني عشر شهرًا.

أما بالنسبة للمحطات الأكبر حجمًا والأكثر تعقيدًا والتي تحتوي على مرافق تصنيع في الموقع، فيستغرق الأمر من 12 إلى 24 شهرًا.

العوامل التالية هي عوامل مهمة تؤثر على وقت البناء: اختيار الموقع والتخطيط

الموافقات والتصاريح المطلوبة

العثور على المعدات وتوفيرها

البناء والإعداد

إعداد وتقييمات السلامة

أصبح نشر محطات الطاقة الهيدروجينية أكثر فعالية الآن بفضل التطورات الجديدة في تصميمات المحطات المعيارية التي لديها جداول زمنية مضغوطة للتصميم.

ما هي كمية الكهرباء الناتجة عن 1 كجم من الهيدروجين؟

يعتمد أداء نظام خلية الوقود على كمية الكهرباء المُولَّدة باستخدام كيلوغرام واحد من الهيدروجين. في التطبيقات اليومية:

يمكن أن يعمل كيلوغرام واحد من الهيدروجين على تشغيل مركبة تعمل بخلايا الوقود لمسافة تتراوح بين 60 إلى 70 ميلاً.

يحتوي كيلوغرام واحد من الهيدروجين على ما يقارب 33.6 كيلوواط ساعة من الطاقة.

يمكن أن ينتج كيلوغرام واحد من الهيدروجين حوالي 15-20 كيلووات ساعة من الكهرباء التي يمكن استخدامها بعد الأخذ في الاعتبار موثوقية خلية الوقود (عادة 40-60٪).

ولوضع هذا في السياق، يستهلك المنزل الأمريكي العادي ما يقرب من ثلاثين كيلوواط/ساعة من الكهرباء يومياً، وهو ما يشير إلى أنه في حالة التحويل الناجح، قد يكفي 2 كيلوغرام من الهيدروجين لتشغيل منزل لمدة يوم واحد.

كفاءة تحويل الطاقة:

تتميز المركبات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين عادةً بكفاءة تتراوح بين 25% و35% من حيث استهلاك الوقود، بينما تتراوح كفاءة السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات عادةً بين 70% و90%. ويُعزى هذا الاختلاف إلى فقدان الطاقة في تصنيع الهيدروجين، وإزالة الضغط، والنقل، وتحويل خلايا الوقود.