فهممحطات التزود بالهيدروجيندليل شامل

أصبح وقود الهيدروجين بديلاً مقبولاً مع تحوّل العالم نحو مصادر طاقة أنظف. تتناول هذه المقالة محطات التزود بالهيدروجين، والتحديات التي تواجهها، واستخداماتها المحتملة في قطاع النقل.

ما هي محطة إعادة تزويد الهيدروجين بالوقود؟

يمكن لخلايا الوقود المستخدمة في السيارات الكهربائية الحصول على وقود الهيدروجين من مواقع محددة تُسمى محطات التزود بالهيدروجين. ورغم أنها مصممة خصيصاً للتعامل مع الهيدروجين، وهو غاز يتطلب احتياطات أمان محددة وآلات خاصة، إلا أن هذه المحطات تشبه من الناحية الجمالية محطات الوقود العادية.

نظام تصنيع أو توصيل الهيدروجين،خزانات التبريد والتخزين، وموزعاتتُعدّ هذه الأجزاء الثلاثة المكونات الرئيسية لمحطة تزويد الهيدروجين بالوقود. ويمكن توصيل الهيدروجين إلى المحطة عبر الأنابيب أو مقطورات الأنابيب، أو يمكن إنتاجه في الموقع باستخدام عملية إعادة تشكيل الميثان بالبخار أويتم إنتاجه عن طريق التحليل الكهربائي.

المكونات الرئيسية لمحطة إعادة تزويد الهيدروجين بالوقود:

معدات تصنيع أو نقل الهيدروجين إلى السفن

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

 

موزعات مزودة بفوهات خاصة تعمل بخلايا الوقود

وظائف السلامة مثل اكتشاف التسريبات وإيقاف التشغيل في حالات الطوارئ

ما هي أكبر مشكلة في وقود الهيدروجين؟

معدات لتصنيع أو نقل الهيدروجين إلى خزانات، ووحدات ضغط لزيادة ضغط الهيدروجين، وخزانات تخزين الهيدروجين ذات الضغط العالي للغاية.dموزعات مياه مزودة بفوهات خاصة تعمل بخلايا الوقود الهيدروجينية، وتتميز بوظائف أمان مثل اكتشاف التسرب والإغلاق في حالات الطوارئ..تُعدّ تكلفة الإنتاج وكفاءة الطاقة من أبرز التحديات التي تواجه وقود الهيدروجين. حاليًا، تُستخدم عملية إصلاح الميثان بالبخار - التي تستخدم الغاز الطبيعي وتُنتج انبعاثات كربونية - لإنتاج غالبية الهيدروجين. ورغم أن "الهيدروجين الأخضر" المُنتَج بالتحليل الكهربائي باستخدام الطاقة المتجددة أنظف، إلا أن تكلفته لا تزال مرتفعة للغاية.

وهذه تحديات أكثر أهمية: النقل والتخزين: نظرًا لأن الهيدروجين يمتلك كمية صغيرة من الطاقة بالنسبة لحجمه، فلا يمكن ضغطه أو تبريده إلا عند ضغوط جوية عالية، مما يسبب تعقيدًا وتكاليف.

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 "من البئر إلى العجلة" أقل من السيارات الكهربائية المجهزة بالبطاريات.

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

هل وقود الهيدروجين أفضل من الكهرباء؟

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

عامل	مركبات خلايا وقود الهيدروجين	المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات
وقت التزود بالوقود	3-5 دقائق (مشابهة للبنزين)	من 30 دقيقة إلى عدة ساعات
يتراوح	300-400 ميل لكل خزان	200-300 ميل لكل شحنة
بنية تحتية	محطات التزود بالوقود محدودة	شبكة شحن واسعة النطاق
كفاءة الطاقة	انخفاض كفاءة دورة الإنتاج من البئر إلى العجلة	كفاءة طاقة أعلى
التطبيقات	النقل لمسافات طويلة، المركبات الثقيلة	التنقل الحضري، المركبات الخفيفة

تعتبر السيارات الكهربائية المزودة ببطاريات أكثر فائدة للنقل اليومي والاستخدام في المدن، بينما تعمل السيارات التي تعمل بالهيدروجين بشكل جيد للتطبيقات التي تتطلب مسافات طويلة وإعادة التزود بالوقود بسرعة، مثل الحافلات والشاحنات.

كم عدد محطات التزود بالهيدروجين الموجودة في العالم؟

كان أكثر من 1000 محطة لتزويد الهيدروجين تعمل في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2026، ومن المخطط أن تشهد نموًا كبيرًا في السنوات اللاحقة. وهناك العديد من المناطق المحددة التي...محطة تزويد الهيدروجينيكونتم نقله:

مع أكثر منخمس مئاتتستحوذ آسيا على السوق، وتتألف بشكل أساسي من دول كوريا الجنوبية (أكثر من 100 محطة) واليابان (أكثر من 160 محطة). أما الصينسوقينمو بسرعة لأن الحكومة لديها أهداف طموحة.

بفضل ما يقارب 100 محطة، تتفوق ألمانيا على أوروبا التي تضم حوالي 200 محطة. وبحلول عام 2030، يخطط الاتحاد الأوروبي لزيادة عدد المحطات إلى الآلاف.

يوجد أكثر من 80 محطة لها منافذ بيع في أمريكا الشمالية، معظمها من كاليفورنيا، مع عدد قليل آخر في كندا والمنطقة الشمالية الشرقية من الولايات المتحدة.

مع وجود توقعات تشير إلى أنه قد يكون هناك أكثر من 5000 محطة حول العالم بحلول عام 2030، فقد طرحت الدول في كل مكان سياسات تهدف إلى تعزيز بناء محطات الهيدروجين.

لماذا يُعدّ وقود الهيدروجين أفضل من البنزين؟

بالمقارنة مع أنواع الوقود التقليدية المصنوعة من النفط، يتمتع وقود الهيدروجين بالعديد من المزايا المختلفة:

انعدام تلوث الهواء: تتجنب خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين انبعاثات العادم الضارة التي تغذي 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.

أمن الطاقة: إن الإنتاج الوطني للهيدروجين من عدد من المصادر يقلل الاعتماد على النفط الأجنبي.

كفاءة أعلى: بالمقارنة مع المركبات التي تعمل بمحركات تحرق البنزين، فإن مركبات خلايا الوقود أكثر كفاءة بما يتراوح بين ضعفين وثلاثة أضعاف تقريبًا.

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

إن الفوائد البيئية للهيدروجين تجعله خياراً جذاباً لاستبدال الوقود في التحول إلى وسائل نقل أنظف، ومع ذلك لا تزال هناك مشكلات في التصنيع والنقل.

كم من الوقت يستغرق بناء محطة لتزويد المركبات بالهيدروجين؟

يعتمد الجدول الزمني لبناء محطة إعادة 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 للمحطات الأقل عدداً ذات المكونات الجاهزة والتصاميم المخفضة، فإن الجداول الزمنية النموذجية تتراوح بين ستة أشهر واثني عشر شهراً.

أما بالنسبة للمحطات الأكبر والأكثر تعقيدًا التي تحتوي على مرافق تصنيع في الموقع، فإن الأمر يستغرق من 12 إلى 24 شهرًا.

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

الموافقات والتصاريح المطلوبة

إيجاد وتوفير المعدات

البناء والإعداد

إعداد وتقييمات السلامة

أصبح نشر محطات الطاقة الهيدروجينية الآن أكثر فعالية بفضل التطورات الجديدة في تصميمات المحطات المعيارية التي ضغطت الجداول الزمنية للتصميم.

ما مقدار الكهرباء التي يمكن الحصول عليها من كيلوغرام واحد من الهيدروجين؟

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

يمكن أن يزود كيلوغرام واحد من الهيدروجين مركبة نموذجية تعمل بخلايا الوقود بالطاقة لمسافة تتراوح بين 60 و70 ميلاً.

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

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

ولتوضيح ذلك، فإن الأسرة الأمريكية العادية تستهلك ما يقرب من ثلاثين كيلوواط ساعة من الكهرباء يوميًا، مما يشير إلى أنه إذا تم تحويلها بنجاح، فإن 2 كجم من الهيدروجين قد تكفي لتشغيل منزل لمدة يوم واحد.

كفاءة تحويل الطاقة:

تتميز المركبات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين بكفاءة دورة حياة تتراوح بين 25 و35%، بينما تصل كفاءة السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات عادةً إلى 70-90%. ويُعزى هذا الاختلاف بشكل رئيسي إلى فقدان الطاقة في مراحل إنتاج الهيدروجين، وتخفيف الضغط، والنقل، وتحويل خلية الوقود.