طريقة جديدة لإنتاج الهيدروجين أبسط وأكثر أمانًا

كشف باحثون في السويد عن مفهوم جديد لإنتاج الطاقة الهيدروجينية بكفاءة أكبر، من خلال تقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين دون التعرض لخطر خلط الغازين.

تم تطوير الطريقة الجديدة في معهد KTH الملكي للتكنولوجيا في ستوكهولم، وهي تفصل عملية التحليل الكهربائي القياسية لإنتاج غاز الهيدروجين، الذي يقسم جزيئات الماء عن طريق تطبيق تيار كهربائي.

وعلى النقيض من الأنظمة السائدة، فإنها تنتج غازي الأكسجين والهيدروجين الناتجين بشكل منفصل وليس في وقت واحد في نفس الخلية، حيث يجب فصلهما بواسطة حواجز غشائية.

يقول الباحث إستيبان توليدو، الحاصل على درجة الدكتوراه. طالب في KTH الذي شارك في تأليف الورقة المنشورة اليوم في Science Advances مع Joydeep Dutta، أستاذ الفيزياء التطبيقية في KTH كما أنه يلغي الحاجة إلى المعادن الأرضية النادرة.

حصل الباحثان على براءة اختراع للنظام، وتم تشكيل شركة Caplyzer AB من خلال KTH Innovation لتوسيع نطاق التكنولوجيا.

كفاءة غاز الهيدروجين 99%

يقول دوتا، إن كفاءة غاز الهيدروجين فارادايك أظهرت أنها تبلغ 99%.

أفاد الباحثون أيضًا، أن الاختبارات المعملية لم تظهر أي تدهور واضح في القطب نتيجة للاختبارات طويلة المدى، وهو أمر مهم للتطبيقات التجارية.

إن إنتاج الهيدروجين من الماء يولد الأكسجين دائمًا. يحتوي المحلل الكهربائي القلوي النموذجي على قطبين موجب وسالب مقترنين داخل حجرة من الماء القلوي، ويفصل بينهما حاجز نافذ للأيونات.

عند تطبيق تيار كهربائي، يتفاعل الماء عند الكاثود عن طريق تكوين الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد سالبة الشحنة، والتي تنتشر عبر الحاجز إلى القطب الموجب لإنتاج الأكسجين.

لكن الحاجز يسبب مقاومة، وإذا تذبذبت الشحنة الكهربائية، يزداد خطر حدوث خليط متفجر بين الأكسجين والهيدروجين.

يقول توليدو، إن إعادة تصور التحليل الكهربائي للمياه يمهد الطريق لشكل أكثر موثوقية لإنتاج الطاقة الخضراء، ودمج مصادر متقطعة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.

ويضيف: “نظرًا لأننا لا نخاطر بخلط الغازات، فيمكننا العمل على نطاق أوسع من مدخلات الطاقة”،”من الأسهل كثيرًا الاقتران بالطاقات المتجددة التي توفر عمومًا طاقة متغيرة.”

يتم التحايل على الإنتاج المتزامن للغازات عن طريق استبدال أحد الأقطاب الكهربائية بقطب كهربائي فائق السعة مصنوع من الكربون، تقوم هذه الأقطاب الكهربائية بتخزين وإطلاق الأيونات بالتناوب، مما يؤدي إلى فصل إنتاج الهيدروجين والأكسجين بشكل فعال.

عندما يكون القطب مشحونًا سلبيًا وينتج الهيدروجين، يقوم المكثف الفائق بتخزين أيونات الهيدروكسيد الغنية بالطاقة (OH) عندما يتم تبديل اتجاه التيار، يطلق المكثف الفائق الـ OH الممتص، ويتم إنتاج الأكسجين عند القطب الموجب الآن.

يقول دوتا: “يقوم قطب كهربائي واحد بتطور كل من الأكسجين والهيدروجين”،” تشبه إلى حد كبير بطارية قابلة لإعادة الشحن تنتج الهيدروجين، حيث يتم شحنها وتفريغها بالتناوب، الأمر كله يتعلق بإكمال الدائرة.”