وافقت الحكومة الهندية على المهمة الوطنية للهيدروجين الأخضر في يناير لتحقيق قدرة إنتاج الهيدروجين الأخضر على الأقل 5 ملايين طن متري و 125 جيجاوات إضافية من طاقة الطاقة المتجددة بحلول عام 2030.
تعتزم البعثة الحد بشكل كبير من ثاني أكسيد الكربون (CO2) بحلول عام 2030 من خلال تعزيز الطلب على الهيدروجين الأخضر وإنتاجه واستخدامه في مختلف الصناعات. سيساعد ذلك على تحقيق هدفه المتمثل في تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري السنوية بحوالي 50 مليون طن متري. وتعتزم البعثة أيضًا إنشاء برنامج منسق لتنمية المهارات ، والذي سينتج عنه العديد من فرص العمل.
والأهم من ذلك ، أن البعثة تريد زيادة صادرات الهيدروجين الخضراء مع خفض واردات الوقود الأحفوري. دافع البرنامج هو التركيز على تصنيع المحلل الكهربائي المحلي وإنتاج الهيدروجين الأخضر. يتم إنشاء الهيدروجين الأخضر من خلال التحليل الكهربائي باستخدام الكهرباء المتجددة.
بالنظر إلى أنه من المتوقع أن تزداد احتياجات استهلاك الطاقة الداخلية في الهند بشكل كبير خلال العشرين عامًا القادمة ، فقد كان اعتماد البلاد على الوقود الأحفوري مصدر قلق. قد يكون الهيدروجين الأخضر والطاقة الشمسية وطاقة الرياح الحل المستقبلي للهند ، التي تستورد الآن أكثر من 80٪ من احتياجاتها النفطية. بطريقة ما ، يفيد هذا صناعة الطاقة المتجددة لأن الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية يمكن أن تدعم تصنيع الهيدروجين الأخضر.
وفقًا للخبراء ، تعد الأهداف السامية لبعثة الهيدروجين الخضراء الوطنية ضرورية لإبراز الهند كمركز لتصدير الهيدروجين الأخضر إلى الشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا وأفريقيا وجذب المستثمرين الأجانب. سوف يساعدون أيضًا في إزالة الكربون من الصناعات مثل مصافي النفط والحديد والصلب والأسمنت أثناء إنتاج الأمونيا والميثانول.
تطبيقات الهيدروجين الأخضر
الهيدروجين هو العنصر الوحيد على الأرض الذي يحتوي على بروتون وإلكترون. إن القدرة على تخزين وتوزيع الطاقة القابلة للاستخدام تجعل الهيدروجين ناقلًا للطاقة وليس مصدرًا للطاقة.
نظرًا لتقلباته العالية ، يجب أن يتفاعل الهيدروجين مع العناصر الأخرى حتى يصبح مستقرًا. ينتج الماء عندما يقترن بالأكسجين. يتم فصل الهيدروجين والأكسجين عن الماء باستخدام معدات التحليل الكهربائي التي تعمل بالكهرباء المتجددة. هذا يجعلها مثالية للاستخدام في خلايا الوقود وأنواع أخرى من أنظمة تخزين الطاقة. خلية الوقود هي جهاز يحول التفاعل الكهروكيميائي للهيدروجين والأكسجين إلى ماء إلى كهرباء. بصرف النظر عن الطاقة ، فإن المنتجات الثانوية الوحيدة لتفاعلات خلايا وقود الهيدروجين هي الماء والحرارة ، بدون ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات.
يتم تقديم خلايا وقود الهيدروجين لتحل محل بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن في منصات تنقل خالية من الكربون مثل المركبات الكهربائية (انظر الشكل).
إنتاج الهيدروجين الأخضر
اليوم ، يتم إنشاء جزء صغير فقط من الهيدروجين المستهلك سنويًا في جميع أنحاء العالم باستخدام الطاقة الخضراء. لا يزال يتم إنتاج الغالبية العظمى باستخدام الكهرباء المشتقة من الوقود الأحفوري. تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر هي إحدى الصعوبات. يجب أن تكون ميسورة التكلفة أكثر من مصادر الطاقة مثل الوقود الأحفوري والطاقة المخزنة في بطاريات الليثيوم أيون إذا كان سيتم استخدامها على نطاق واسع.
في المحلل الكهربائي ، وهي آلات تستخدم الطاقة الكهربائية لتفكيك جزيئات الماء إلى غاز الهيدروجين والأكسجين من خلال عملية تعرف باسم التحليل الكهربائي ، يلعب الهيدروجين دورًا حاسمًا. حاوية تسمى خلية التحليل الكهربائي ، والتي تحتوي على قطبين – قطب موجب الشحنة وكاثود سالب الشحنة – مفصولة بمحلول إلكتروليت ، وتستخدم لتحليل الماء في محلل كهربي. تنقسم جزيئات الماء إلى مكونات عند تطبيق تيار كهربائي عليها. أيونات الهيدروجين (H+) إلى الكاثود سالب الشحنة ، بينما أيونات الأكسجين (O2–) إلى القطب الموجب المشحون.
غاز الهيدروجين (H2) عند الكاثود عندما تأخذ أيونات الهيدروجين الإلكترونات من التيار الكهربائي. يتم جمع هذا الغاز واستخدامه كوقود. وفي الوقت نفسه ، تطلق أيونات الأكسجين عند الأنود إلكترونات وتتحد لتوليد غاز الأكسجين (O2) ، والتي يتم تصريفها عادة في الغلاف الجوي. في المحلل الكهربائي ، يعمل الهيدروجين كأحد المنتجات الثانوية لعملية التحليل الكهربائي ، والتي يمكن بعد ذلك جمعها واستخدامها كمصدر طاقة نظيف ومستدام.
المحلل الكهربائي ذو الغشاء القلوي والبوليمر (PEM) هو نوعان من تقنيات التحليل الكهربائي المستخدمة لإنتاج غاز الهيدروجين من الماء من خلال التحليل الكهربائي.
يعد التحليل الكهربائي القلوي أحد أقدم تقنيات التحليل الكهربائي وأكثرها رسوخًا. يعمل محلول مائي من هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) كإلكتروليت ، وتستخدم أقطاب النيكل أو الفولاذ المقاوم للصدأ في المحلل الكهربائي القلوي. عندما يمر تيار كهربائي عبر الإلكتروليت ، ينقسم الماء إلى غاز الأكسجين والهيدروجين عند الكاثود والأنود ، على التوالي. تُعرف أجهزة التحليل الكهربائي القلوية بكفاءتها ومتانتها وقدرتها على التعامل مع إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع.
من ناحية أخرى ، يعد التحليل الكهربائي PEM تقنية أحدث اكتسبت شعبية في السنوات الأخيرة. غشاء بوليمر صلب يوصل البروتونات (H+) هو المنحل بالكهرباء في المحلل الكهربائي PEM. عندما يمر تيار كهربائي عبر الغشاء ، ينقسم الماء إلى غاز الهيدروجين والأكسجين عند الأنود والكاثود ، على التوالي. تتمتع أجهزة التحليل الكهربائي PEM بالعديد من المزايا مقارنة بالمحللات الكهربائية القلوية ، بما في ذلك الكفاءة العالية ووقت الاستجابة الأسرع والمرونة الأكبر في التشغيل والصيانة.
يعتبر كل من المحلل الكهربائي القلوي و PEM من التقنيات الأساسية لإنتاج غاز الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي. لكل منها مزايا وقيود فريدة تعتمد على التطبيق المحدد وحجم إنتاج الهيدروجين المطلوب.
من حيث القيمة الحرارية ، يحتوي الهيدروجين تقريبًا على أكثر من 2.5 × الطاقة لكل طن مقارنة بالغاز الطبيعي ، مما يعني 5 ملايين طن من H2 يمكن أن تحل محل ما يقرب من 18 مليار متر مكعب من الغاز الطبيعي.
