تخزين الهيدروجين والبيروفسكايت: تقنية جديدة آمنة ومنخفضة التكلفة
موقع الطاقة
2023-07-15 08:12
بقلم: محمد عبد السند
أظهرت الأمونيا دورًا فاعلًا في تخزين الهيدروجين ونقله الذي يُعول عليه مصدرًا للطاقة النظيفة في المستقبل، والمساهمة إيجابيًا في تحقيق أهداف الحياد الكربوني، وتولد الكهرباء من الهيدروجين عبر جهاز التحليل الكهربائي الذي يعمل بمصدر للطاقة المتجددة، ويفكك الماء إلى هيدروجين وأكسجين؛ إذ تُسهم تلك الطريقة كثيرًا في خفض الانبعاثات الكربونية.
وفي هذا السياق، وجد الباحثون في معهد أبحاث العلوم الطبيعية في اليابان "ريكين" طريقة بسيطة وميسورة التكلفة لتخزين الأمونيا التي تُعد عنصرًا كيميائيًا مهمًا في صناعات عدة، حسبما ذكرت إنترستينغ إنجنيرينغ (Interesting Engineering).
ومن الممكن أن يساعد هذا الكشف المثير -أيضًا- في تأسيس اقتصاد قائم على الهيدروجين، وتُستعمل الأمونيا ورمزها الكيميائي "NH3"، على نطاق واسع في صناعات عديدة بدءًا من النسيج إلى الصناعات الدوائية، إلى جانب دورها المهم جدًا في صناعة المخصبات، وبالنسبة إلى استعمالها الحالي، تُخزن الأمونيا في حاويات مقاومة للضغط بعد إسالتها عند درجة حرارة 27 فهرنهايت (سالب 33 درجة مئوية).
في غضون ذلك، يجري استكشاف طرق بديلة لتخزين الأمونيا في مركبات مسامية، ويمكن تحقيق عملية التخزين والاسترجاع في درجة حرارة الغرفة، غير أن سعة تخزين تلك المركبات محدودة.
البيروفسكايت.. حامل الأمونيا
وجد الباحثون بقيادة ماسوكي كاواموتو في معهد "ريكين" أن خلايا البيروفسكايت لديها القدرة كذلك على أن تعمل وسيطًا ممتازًا لتخزين واسترجاع الأمونيا، والبيروفسكايت هي هياكل بلورية يرتبط اسمها -كثيرًا- بتحسين كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية.
واكتشف فريق كاواموتو أن يوديد بيروفسكايت إيثيل أمونيوم الرصاص (EAPbI3) يتفاعل مع الأمونيا عند درجة حرارة الغرفة، والضغط لإنتاج هيدروكسيد يوديد الرصاص Pb (OH) I، يحتوي يوديد الرصاص في إيثيل الأمونيا على هيكل عمودي أحادي البعد، ولكن بعد التفاعل مع الأمونيا، يشكل هيكلًا ثنائي الأبعاد.
تخزين آمن
الأمونيا غاز شديد التآكل، غير أن التفاعل الكيميائي مع البيروفسكايت يتيح تخزينه بصورة آمنة، لا تحتاج إلى أي أجهزة خاصة لأداء تلك المهمة، وتكون عملية استرجاع الأمونيا مباشرة وواضحة جدًا؛ إذ إنه وفي ظل الفراغ، يمكن تسخين يوديد إيثيل الأمونيوم الرصاص إلى 122 درجة فهرنهايت (50 درجة مئوية) لإطلاق غاز الأمونيا.
وبالمقارنة، تحتاج الأمونيا المخزنة في مركبات مسامية إلى درجات حرارة تصل إلى نحو 302 فهرنهايت (150 درجة مئوية) من أجل استعادتها.
التحول إلى اقتصاد الهيدروجين
ترجع أهمية اكتشاف دور البيروفسكايت إلى أنه يقدم وسيلة لتخزين الهيدروجين؛ فكل جزيء من الأمونيا يحتوي على 3 ذرات من الهيدروجين.
والهيدروجين في حد ذاته عنصر سريع الاشتعال، لكن الأمونيا لا تشتعل بسهولة، ما يجعلها وسطًا جيدًا لتخزين الأول حتى الحاجة إليه، ويُشار إلى أن التفاعل بين البيروفسكايت والأمونيا يمكن عكسه بالكامل، ويمكن إعادة استعمال البيروفسكايت لتخزين الأمونيا مجددًا في أعقاب إكمال عملية استرجاعه، والمثير أن البيروفسكايت يغير -أيضًا- اللون إلى الأبيض عند تخزينه الأمونيا، ويعود إلى لونه الأصلي الأصفر بعد استرجاعها.
ويمكن للعملاء استغلال تلك الخاصية لتصنيع أجهزة الاستشعار القائمة على اللون لتحديد كمية الأمونيا المخزنة في البيروفسكايت، ومن الممكن أن تبوء جميع مساعي التحول بعيدًا عن مصادر الوقود الأحفوري، بالفشل إذا لم يجرِ العثور على بدائل لتنفيذ مهام نقل الهيدروجين عبر مسافات طويلة، وكذلك النقل الكثيف لتلك السلعة الإستراتيجية.
طريقة ميسورة التكلفة
تزيد شدة كثافة طاقة الهيدروجين بنحو 3 أضعاف عن مثيلتها الخاصة بالبنزين أو الديزل، لكن طبيعة اشتعاله تتضمن مخاطر عالية في الوقت ذاته، وستمهد تلك الطريقة البسيطة ميسورة التكلفة لإنتاج الهيدروجين في موقع احتياجه وبالكميات المطلوبة، الطريق أمام ظهور الاقتصاد القائم على الهيدروجين في المستقبل القريب.
وقال الباحث المشارك في معهد "ريكين" يوشيهيرو إتو: "نأمل في أن تكون تلك الطريقة البسيطة الفاعلة جزءًا من الحل الخاص بإزالة الكربون من المجتمع عبر استعمال الأمونيا بوصفها حاملًا للهيدروجين الخالي من الكربون".