تتمتع إسرائيل بموقع فريد يسمح لها بتطوير اقتصاد الهيدروجين. إن إنشاء حدائق الطاقة الشمسية والهيدروجينية من شأنه أن يسد الفجوة بين البحث والتطبيق التجاري. رأي
بقلم البروفيسور ديفيد كاهان والبروفيسور دان ياكير، وكالة أنباء العلوم والبيئة زافيت
يعتبر الكثيرون أن الهيدروجين وقود خطير. ولكن ليس فقط أنه لا يبدو أكثر خطورة من الوقود العادي (وربما أقل خطورة)، بل قد يكون "وقود المستقبل". إن الاستخدام العالمي للهيدروجين لتخزين الطاقة ونقلها وفي نهاية المطاف كوقود بديل، والذي يمكن أن يساهم في الحد من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون، يتوسع بسرعة ويمكّن من إنتاج فوائد ومزايا مهمة للاقتصاد في مجال الطاقة والبيئة. ويجب على إسرائيل أن تندمج في هذا الاتجاه، وتتولى دوراً قيادياً في تعزيز هذا المجال، وتقود تطوير وتكامل استخدام الهيدروجين الأخضر.
إنتاج الهيدروجين بجميع الألوان
لتمويل إمكانات كبيرة كوسيلة لتخزين الطاقة لتوليد الكهرباء والنقل الثقيل والاستخدامات الصناعية المناسبة (مثل إنتاج الصلب والأسمنت). على عكس الوقود الأحفوري المستخرج من قشرة الأرض، يجب إنتاج الهيدروجين باستثمار كبير في الطاقة قبل أن يتم استخدامه كوقود. الطريقة الشائعة لإنتاج الهيدروجين دون استخدام الوقود الأحفوري (مثل الغاز) هي التحليل الكهربائي للماء، وهي عملية تستخدم تيارًا كهربائيًا وغشاءً لفصل الأكسجين والهيدروجين. ومن المعتاد تحديد نوع الطاقة المستثمرة في إنتاج الهيدروجين من خلال اللون. وبالتالي، يتم تعريف الهيدروجين المنتج عن طريق التحليل الكهربائي بأنه "أخضر"" فقط إذا كانت الطاقة المستخدمة في تحليل الماء كهربائياً لا تنطوي على انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (على سبيل المثال، الطاقة الشمسية أو الطاقة الكهرومائية). في ظل الظروف المناسبة، من الممكن إنتاج الهيدروجين "الوردي" باستخدام الطاقة النووية. إنتاج الهيدروجين "الأسود""يعتمد مصطلحا "الرمادي" و"البني" على استخدام الفحم الأسود أو الفحم الرمادي أو مركبات الغاز "الطبيعي"، وكلها مركبات كربونية يصاحب استخدامها انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. هيدروجين "أزرق" يتم إنتاجه أيضًا باستخدام الوقود الأحفوري أو الغاز الطبيعي، ولكن يتم التقاط ثاني أكسيد الكربون المنبعث أثناء إنتاج الهيدروجين في عمليات تُعرف باسم احتجاز الكربون الانبعاثات والتخلص منها.
وتبلغ كفاءة العودة، أي كمية الطاقة المنتجة مقارنة بالمستثمرة، والتي تشمل إنتاج الهيدروجين وإنتاج الكهرباء، حاليا نحو 50%، ولكن من المتوقع أن تزيد الأنظمة الجديدة التي تمر حاليا بمراحل التسويق من الكفاءة إلى نحو 70% في المستقبل المنظور. في الوقت الحالي، يعد إنتاج الهيدروجين الأخضر أكثر تكلفة بنحو 2.5 إلى 5 مرات من استخدام الوقود الأحفوري مثل النفط أو الفحم. ومع ذلك، في عام 2030، ستكون تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر ومن المتوقع أن يتعادل إلى ذلك الهيدروجين الرمادي أو الأزرق.
هناك عامل مهم غالبًا ما يتم تجاهله وهو الحاجة إلى الماء كمصدر لإنتاج وقود الهيدروجين من التحليل الكهربائي للماء. في حالة استخدام المياه المحلاة، ستكون هناك حاجة إلى حوالي 20 كجم من مياه البحر. وبالتالي، فإن استهلاك المياه لطاقة إنتاجية سنوية تبلغ نحو 9,000 جيجاوات ساعة (جيجاواط ساعة)، أي بمعدل إنتاج 1 جيجاوات (جيجاواط) على مدار العام، يمكن أن يعادل الاستهلاك السنوي للمياه في مدينة يبلغ عدد سكانها نحو 70,000 ألف نسمة. ولذلك، في أغلب الحالات، ينبغي أن يكون موقع الإنتاج قريبًا من البحر. ومع ذلك، فإن الاستخدام المباشر لمياه البحر في التحليل الكهربائي يؤدي إلى تقصير عمر المكونات في الأنظمة التكنولوجية، مثل الأقطاب الكهربائية، وخاصة الأغشية المتقدمة. ولذلك، ينصح باستخدام المياه العذبة (المياه عالية الجودة) أو المياه المحلاة، وهو ما سيضيف ما بين 0.3% إلى 1% إلى سعر الهيدروجين الأخضر، بحسب توقعات انخفاض سعره.
تم تشغيل أول محطة لتزويد الهيدروجين في إسرائيل منذ مايو 2023 في سونول ياجور. الصورة: عيدان صباح
من البحث إلى التطبيق التجاري
ويلعب البحث الأكاديمي بشكل عام، وكذلك البحث في إسرائيل، دوراً حاسماً في تعزيز إنتاج الهيدروجين واستخدامه في العديد من المجالات. على سبيل المثال، قام الباحثون في معهد التخنيون بتطوير جيل جديد من التحليل الكهربائي للماء من أجل فصل الهيدروجين عن الأكسجين بكفاءة، وتم تأسيس شركة "H2Pro" لتسويق الفكرة تجارياً.
ويشير ظهور التطبيقات الأولى في السوق التجارية إلى النجاحات الأولية في الانتقال من البحث الأكاديمي إلى التطبيق التجاري. في عام 2023، افتتحت شركة سونول أول محطة للتزود بالوقود على الجانب الأيمن (الرمادي) والتي ستخدم شاحنات الهيدروجين. تعمل شركة GenCell على تطوير نظام لشحن المركبات الكهربائية يتضمن خلايا وقود تعتمد على الهيدروجين. وتعتمد مبادرة "سدوم الخضراء" التي أطلقتها شركة "إسرائيل للكيماويات" (IC)، والتي تهدف إلى تحويل المجمع الصناعي في سدوم للعمل بالطاقة الخضراء، على مجال الخلايا الشمسية وإنتاج الهيدروجين لتخزين الطاقة وتزويد محطات البحر الميت بها. تعمل شركة "دورال إنرجي" بالتعاون مع شركة "إيلات إيلوت" وشركة الألبان "ياتفيطا" على إنشاء وادي الهيدروجين.
ومع ذلك، قبل أن تتمكن إسرائيل من أن تصبح مركزًا إقليميًا لإنتاج وتصدير الهيدروجين، هناك حاجة إلى مرحلة وسيطة من البحث والتطوير تجعل البحث العلمي في متناول الشركات الناشئة والشركات التجارية العاملة بالفعل في السوق. ويمكن تعزيز المرحلة المتوسطة من خلال إنشاء حدائق الطاقة الشمسية والهيدروجينية كمنصة لتعزيز وتطوير اختيار التقنيات اللازمة للتنفيذ التجاري على نطاق واسع. ويهدف مشروع "حديقة الهيدروجين الشمسية" إلى اختبار جدوى إنشاء محطة هيدروجين تعتمد على إنشاء بنية تحتية واسعة لربط الطاقة الشمسية كمصدر أساسي للطاقة مع إنتاج الهيدروجين كحل مثالي لتخزين الطاقة. وستخدم الحديقة الصناعات ومؤسسات الأبحاث والأطراف المهتمة الأخرى في إسرائيل وحول العالم. ستكون الحديقة المخطط لها بمثابة "صندوق رمل" (موقع تجريبي) وبحث تجريبي، وستشكل الأساس لربط التقنيات المختلفة للمستهلكين المتنوعين وأهداف الطاقة، بدءًا من مصدر طاقة مستقل صغير إلى منشأة مخصصة وانتهاءً ببنية تحتية شاملة للطاقة للمجتمع والمنطقة والمزيد.
اقتصاد الهيدروجين "الأخضر" باللونين الأزرق والأبيض
بفضل الإشعاع الشمسي الوفير والمساحات الصحراوية الشاسعة، تتمتع إسرائيل بإمكانات كبيرة لإنتاج الكهرباء الشمسية التي يمكن استخدامها لإنتاج الهيدروجين الأخضر. في إسرائيل، المسافات صغيرة ولا ينبغي أن تحد من نقل الهيدروجين. إن نقل الكهرباء فوق الأرض ليس مكلفًا بشكل خاص. هناك تطورات في مجال نقل التيار المستمر (DC) الذي يصلح لمسافات تصل إلى حوالي 3,500 كيلومتر، ويُستخدم حاليًا أيضًا لمسافات ذات صلة بإسرائيل، مما قد يؤدي إلى تبسيط المجال مع دمج هذه التكنولوجيا في البلاد في المستقبل. إن أحد العناصر المهمة الأخرى التي تساهم في موقف إسرائيل الفريد لتطوير اقتصاد الهيدروجين هو قربها من البحر ومن المصانع. تحلية المياه لتوفير مياه عالية الجودة.
ويمكن لإسرائيل أن تصبح لاعباً رائداً في مجال اقتصاد الهيدروجين أيضاً في ضوء موقعها في المثلث الأردني الإسرائيلي المصري (العقبة إيلات طابا)، وهو ما يناسب إقامة محطات تجمع بين الهيدروجين والطاقة الشمسية وتحلية المياه على نطاق دولي. هذه رؤية للبنية التحتية الصناعية حيث يكون الهيدروجين، الخالي من الكربون، موردًا الطاقة إن الماء هو المسيطر، كما تنبأ جول فيرن في كتابه "الجزيرة الغامضة" في عام 1870 بأن "الماء سيكون فحم المستقبل".
البروفيسور ديفيد كاهن، قسم الكيمياء الجزيئية وعلوم المواد، معهد وايزمان للعلوم.
البروفيسور دان ياكيررئيس اللجنة التوجيهية لمعالجة أزمة المناخ، الأكاديمية الوطنية الإسرائيلية للعلوم؛ قسم علوم الأرض والكواكب، معهد وايزمان للعلوم.
المقالة مبنية على مقالة سياسية نشرت في المجلة العلمية "علم البيئة والطبيعة" وهذا يعتمد على ورقة موقف اللجنة التوجيهية للأكاديمية الوطنية الإسرائيلية للعلوم للتعامل مع أزمة المناخ، وأعدها زافيت – وكالة الاخبار של الجمعية الإسرائيلي للبيئة والعلمية البيئة
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
