Language
Country/Area
No result found
سحر الماء: كيفية تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين؟
تعد تقنية تقسيم الماء بمثابة السحر المعطى للمياه، حيث يمكنها تحويلها إلى هيدروجين وأكسجين. هذه العملية ليست فقط منتشرة في كل مكان بطبيعتها، ولكنها أيضًا التكنولوجيا الأساسية لاقتصاد الهيدروجين المستقبلي. لكن في التطبيقات العملية، فإن تحلل الماء مليء بالتحديات، خاصة كيفية الحصول على الهيدروجين بكفاءة واقتصادية، وهو ما يشكل محور أبحاث العديد من العلماء والمهندسين.
تحديات الماء المحلل كهربائيا
التحليل الكهربائي للماء هو عملية تحلل الماء (H2O) إلى أكسجين (O2) وهيدروجين (H2). هذه العملية بسيطة ولكنها صعبة لأن الطاقة الكهربائية المطلوبة غالبا ما تتجاوز القيمة الاقتصادية للهيدروجين نفسه.
على الرغم من أن التحليل الكهربائي في درجات الحرارة المنخفضة أقل كفاءة، إلا أن التحليل الكهربائي في درجات الحرارة المرتفعة (HTE) قد يكون قادرًا على زيادة معدل تحويل الطاقة إلى حوالي 50%.
وهذا لأن التحليل الكهربائي في درجات الحرارة المرتفعة يستخدم جزءًا من الطاقة الحرارية في التفاعل الكيميائي، وبالتالي فإن الطاقة المحولة تكون أكثر كفاءة. ومع تقدم تكنولوجيا التحليل الكهربائي، سيكون من الممكن تحقيق إنتاج أكثر كفاءة للهيدروجين في المستقبل.
تحلل الماء في عملية البناء الضوئي
يمكن رؤية شكل آخر من أشكال انقسام الماء أثناء عملية التمثيل الضوئي، ولكن في هذه العملية، لا يتم استخدام الإلكترونات المنتجة في النهاية لإنتاج غاز الهيدروجين، ولكنها تستخدم لتقليل ثاني أكسيد الكربون وتكوين السكر. يمكن أن يسمى تأثير "الماء المؤكسد" في هذه العملية بتحلل الماء في الطبيعة. في هذه العملية، أدى وجود عنصر المنغنيز في موقع التنشيط إلى إجراء الكثير من الأبحاث حول تخليق مركبات المنغنيز كمحفزات لأكسدة الماء.
تقسيم الماء الكهروضوئي
يعتبر فصل الماء بمساعدة الكهرباء التي تنتجها الأنظمة الكهروضوئية من أنظف الطرق لإنتاج الهيدروجين. في الوحدة الكهروكيميائية الضوئية، يتم استخدام الطاقة الشمسية لدفع تجزئة الماء أثناء إجراء التحفيز، وهو ما يسمى التمثيل الضوئي الاصطناعي.
تقسيم الماء بالتحفيز الضوئي
في المقابل، قد تكون عملية تقسيم الماء بمساعدة المحفزات الضوئية المعلقة في الماء أكثر كفاءة. ويهدف هذا النوع من التكنولوجيا إلى اختصار عملية التفاعل بأكملها إلى خطوة واحدة لإنتاج الهيدروجين والأكسجين.
طرق أخرى لتقسيم الماء
بالإضافة إلى الطرق المذكورة أعلاه، هناك أيضًا طريقة تفكك الإشعاع باستخدام الإشعاع النووي. وتعتمد هذه الطريقة على الهيدروجين المنتج في المناطق ذات الإشعاع العالي، وقد وجدت الأبحاث مجتمعًا ميكروبيًا متخصصًا في إنتاج الهيدروجين من الإشعاع في منجم للذهب في جنوب إفريقيا.
طريقة التحلل الحراري
تواجه طرق تقسيم الماء حراريًا (التحلل الحراري) تحديات بسبب درجات الحرارة المرتفعة وقيود المواد في التطبيقات الصناعية. على الرغم من أن بعض جزيئات الماء ستبدأ في التحلل عند درجة حرارة 2200 درجة مئوية، إلا أن الطاقة والمواد اللازمة لمثل هذه درجات الحرارة المرتفعة باهظة الثمن نسبيًا.
إمكانيات الطاقة النووية
تم تصميم محطات الطاقة النووية بحيث تتمكن من توليد الكهرباء بمرونة أثناء النهار والهيدروجين أثناء الليل، مما يسمح لها بمواءمة الطلب على الكهرباء بشكل أفضل. إذا أمكن تخفيض تكلفة إنتاج الهيدروجين بشكل فعال، فسيصبح خيارًا آخر للتنافس مع تقنيات تخزين طاقة الشبكة الحالية.
تقنية الطاقة الشمسية المركزة
على سبيل المثال، يعرض مشروع Hydrosol II، الذي تم بناؤه في Plataforma Solar de Almería في إسبانيا، تقنية تسخير الطاقة الشمسية المركزة للوصول إلى درجات الحرارة اللازمة التي تصل إلى 1200 درجة مئوية. تم تصميم المنشأة باستخدام مفهوم معياري، مما يمنحها القدرة على التوسع في إنتاج الهيدروجين بحجم ميجاوات.
آفاق الدورات الكيميائية الحرارية
تُظهر العمليات الكيميائية الحرارية مثل دورة اليود والكبريت إمكانية إنتاج الهيدروجين، ومصادر الطاقة الحرارية لهذه الطرق هي بشكل أساسي الطاقة الشمسية والحرارية. إن تطوير هذه التقنيات لديه القدرة على تجاوز القيود المفروضة على كفاءة طرق التحليل الكهربائي التقليدية للمياه.
لا يعد تحلل الماء جزءًا من الابتكار التكنولوجي فحسب، بل إنه يرتبط أيضًا باستدامة الطاقة المستقبلية. عندما ننظر إلى سحر تقسيم المياه، علينا أن نتساءل، هل يمكن لهذه التقنيات المتقدمة أن تحدث ثورة في طريقة تفكيرنا في إنتاج الطاقة؟
