ما هو الهيدروجين الأخضر ولماذا يهم؟
الهيدروجين الأخضر هو هيدروجين يُنتج بتحليل الماء كهربائيًا باستخدام كهرباء من مصادر متجددة كالشمس والرياح، ولذلك لا ينتج عن تصنيعه انبعاثات كربونية مباشرة. وتكمن أهميته في أنه قد يحلّ محل الوقود الأحفوري في صناعات يصعب كهربتها، مثل الأسمدة والصلب والنقل البحري. لكنه ما زال أغلى من الهيدروجين المنتج من الغاز، ويحتاج إلى كميات كبيرة من الكهرباء النظيفة. نشرح فيما يلي كيف يُنتج، وما أنواعه، وأين يُستخدم، وما حدوده الواقعية.
ما هو الهيدروجين الأخضر؟ تعريف مبسّط
الهيدروجين أخف عنصر في الكون، وهو في الطبيعة موجود غالبًا في مركبات مثل الماء والغاز الطبيعي، ولا يتوافر بشكل حر بكميات تجارية. لذلك يجب إنتاجه، وتختلف طريقة الإنتاج ومصدر الطاقة فيه، ومن هنا جاءت التسميات اللونية. ويُسمى الهيدروجين أخضر عندما تُستخدم كهرباء متجددة لفصل جزيء الماء إلى هيدروجين وأكسجين.
ويُعد الهيدروجين حاملًا للطاقة لا مصدرًا لها. بمعنى أن إنتاجه يستهلك طاقة، ثم يُعاد إطلاقها عند حرقه أو استخدامه في خلية وقود، ويكون ناتج الاحتراق ماءً. لذلك تتوقف قيمته البيئية على نظافة الكهرباء التي استُخدمت في إنتاجه.
كيف يعمل الهيدروجين الأخضر خطوة بخطوة
- توليد الكهرباء المتجددة: من محطات شمسية أو رياح أو طاقة مائية.
- تنقية الماء: يحتاج جهاز التحليل إلى ماء نقي، وفي المناطق الجافة قد يأتي من تحلية مياه البحر.
- التحليل الكهربائي: يمر تيار كهربائي عبر الماء داخل جهاز يسمى المحلل الكهربائي، فينقسم الماء إلى هيدروجين عند أحد القطبين وأكسجين عند الآخر.
- المعالجة والضغط: يُجفف الغاز وينقى ويُضغط أو يُسيَّل أو يُحوَّل إلى مركب مثل الأمونيا ليسهل نقله.
- النقل والاستخدام: عبر الأنابيب أو الشاحنات أو السفن، ثم يستعمل في الصناعة أو النقل أو توليد الكهرباء.
وعمليًا يحتاج إنتاج كيلوغرام واحد من الهيدروجين بالتحليل الكهربائي إلى نحو 50 إلى 55 كيلوواط ساعة من الكهرباء في الأنظمة الحالية، وإلى نحو 9 لترات من الماء من الناحية النظرية. وهذا يوضح لماذا تظل أسعار الكهرباء المتجددة هي العامل الأكبر في كلفة الهيدروجين الأخضر.
الأنواع والتقنيات الرئيسية
الألوان الشائعة للهيدروجين
| اللون | طريقة الإنتاج | أهم ما يميزه |
|---|---|---|
| رمادي | تفكيك الغاز الطبيعي بالبخار دون احتجاز الكربون | الأكثر انتشارًا حاليًا، وانبعاثاته كبيرة |
| أزرق | الطريقة نفسها مع احتجاز الكربون وتخزينه | انبعاثات أقل، لكنه يعتمد على الغاز وعلى كفاءة الاحتجاز |
| أخضر | تحليل كهربائي للماء بكهرباء متجددة | بلا انبعاثات مباشرة، وكلفته أعلى |
| وردي | تحليل كهربائي بكهرباء نووية | انبعاثات منخفضة ومستقرة الإمداد |
| فيروزي | التحلل الحراري للميثان وإنتاج كربون صلب | تقنية أقل نضجًا |
| بني أو أسود | تغويز الفحم | أعلى انبعاثات |
وهذه التسميات ليست معيارًا قانونيًا موحدًا، وتتجه الجهات التنظيمية إلى اعتماد تعريفات قائمة على كثافة الانبعاثات الفعلية بدل الألوان.
تقنيات التحليل الكهربائي
- القلوي: تقنية ناضجة ومنخفضة التكلفة نسبيًا، وتناسب المشاريع الكبيرة.
- غشاء تبادل البروتون (PEM): أسرع استجابة لتقلب الكهرباء المتجددة، وأكثر تكلفة.
- الأكاسيد الصلبة: تعمل على حرارة عالية وبكفاءة كهربائية أعلى، لكنها ما زالت في مراحل الانتشار الأولى.
- غشاء تبادل الأنيون: تقنية ناشئة تحاول الجمع بين رخص القلوي ومرونة PEM.
مزايا الهيدروجين الأخضر وقيوده
المزايا
- لا ينتج ثاني أكسيد الكربون عند الإنتاج أو الاستخدام النهائي.
- يمكن تخزين الطاقة المتجددة الفائضة على شكل هيدروجين لفترات طويلة.
- يصلح لقطاعات يصعب كهربتها مباشرة، كالصناعات الثقيلة والشحن البحري والطيران.
- يمنح الدول الغنية بالشمس والرياح فرصة تصدير الطاقة في صورة جديدة.
القيود
- الكفاءة: تضيع نسبة معتبرة من الطاقة في التحليل ثم في التحويل ثم في الاستخدام، فهو غير مناسب حيث تكفي الكهرباء المباشرة، كسيارات الركاب والتدفئة المنزلية في معظم الحالات.
- التكلفة: ما زال أعلى من الهيدروجين المنتج من الغاز.
- النقل والتخزين: الهيدروجين خفيف جدًا، ويتطلب ضغوطًا عالية أو تبريدًا شديدًا أو تحويلًا إلى الأمونيا.
- السلامة: غاز قابل للاشتعال وسريع التسرب، ويحتاج معايير صارمة للتشغيل.
- البنية التحتية: الأنابيب ومحطات التعبئة وموانئ الاستقبال لا تزال محدودة.
أين يُستخدم الهيدروجين الأخضر عمليًا؟
تتفاوت الاستخدامات في درجة الجدوى، ويمكن ترتيبها من الأكثر واقعية إلى الأقل:
- الأسمدة والأمونيا: يُستخدم الهيدروجين أصلًا في تصنيع الأمونيا، لذا فاستبدال الرمادي بالأخضر لا يتطلب تغيير العملية الصناعية كلها.
- التكرير: تحتاج المصافي إلى الهيدروجين في معالجة الوقود، وهي سوق قائمة جاهزة لاستقبال الهيدروجين منخفض الانبعاثات.
- الصلب: يمكن استخدامه في الاختزال المباشر للحديد بدل الفحم، وهو مسار تجريه شركات صلب في أوروبا.
- الشحن البحري: تُدرس الأمونيا والميثانول المنتجان من الهيدروجين الأخضر وقودًا للسفن الكبيرة.
- الطيران: قد يدخل في إنتاج وقود طيران صناعي، مع حاجة إلى كميات ضخمة من الطاقة.
- الكهرباء والتخزين: يمكن استخدامه لتخزين الطاقة الموسمية، لكن كلفته وكفاءته تجعلانه خيارًا محدودًا حاليًا.
أما تدفئة المنازل وسيارات الركاب فلا تُعد من الأولويات في أغلب الدراسات، لأن الكهرباء المباشرة والمضخات الحرارية والبطاريات أعلى كفاءة وأقل تكلفة في هذه الحالات.
التكلفة والكفاءة ودور الهيدروجين الأخضر في السوق
يستهلك العالم اليوم كميات كبيرة من الهيدروجين، وتقدّر وكالة الطاقة الدولية الطلب بنحو 90 مليون طن سنويًا أو أكثر، ومعظمه يُنتج من الغاز الطبيعي والفحم، وتبقى حصة الهيدروجين منخفض الانبعاثات منه ضئيلة. ويستخدم أغلبه في تكرير النفط وإنتاج الأمونيا والأسمدة والميثانول، وليس في مجالات الطاقة الجديدة.
وتعتمد كلفة الهيدروجين الأخضر على عدة عوامل:
- سعر الكهرباء المتجددة، وهو العامل الأكبر.
- عدد ساعات تشغيل جهاز التحليل في السنة، فكلما زادت قلّ نصيب الكيلوغرام من تكلفة الجهاز.
- كلفة المحلل الكهربائي وملحقاته.
- كلفة النقل والتخزين وتحويله إلى الأمونيا أو غيرها.
- الدعم الحكومي والحوافز الضريبية وآليات الشراء المضمون.
ولهذا تتركز المشاريع الواعدة في مناطق تجمع الشمس القوية والرياح الجيدة والأراضي الواسعة، مثل الشرق الأوسط وشمال أفريقيا وأستراليا وتشيلي. ويزداد تنافسه مع الهيدروجين الرمادي عندما ترتفع أسعار الغاز أو تُفرض تكلفة على انبعاثات الكربون.
أبرز الدول والشركات
تتنافس عدة دول على قيادة هذا القطاع. فالاتحاد الأوروبي وضع قواعد لتعريف الهيدروجين المتجدد ويدعم بناء سوق له، وتطرح اليابان وكوريا الجنوبية استراتيجيات لاستيراد الهيدروجين ومشتقاته، والصين تتصدر تصنيع المحللات الكهربائية ونشرها بحسب تقارير الوكالات الدولية. وفي منطقتنا العربية أعلنت السعودية وعُمان ومصر والمغرب والإمارات مشاريع وخططًا وطنية، ومنها مشروع نيوم للهيدروجين الأخضر في السعودية الذي صُمم لإنتاج الأمونيا الخضراء للتصدير.
وعلى مستوى الشركات تبرز مصنّعو المحللات الكهربائية في أوروبا والصين والولايات المتحدة، وشركات الغاز الصناعي مثل إير برودكتس وإير ليكيد وليند، وشركات الطاقة الكبرى والمطورون المتجددون. وتتغير حالة المشاريع بسرعة، فبعضها يتقدم وبعضها يتأجل أو يُلغى بسبب الكلفة، لذلك يُفضّل التحقق من حالة أي مشروع من إعلانات مطوّريه الرسمية قبل اعتماده مثالًا.
التوقعات المستقبلية
تتفق معظم التقديرات على أن الهيدروجين الأخضر لن يكون حلًا شاملًا، لكنه سيكون جزءًا مهمًا من منظومة الطاقة النظيفة في قطاعات محددة. ومن المرجح أن ينمو أولًا حيث يوجد طلب قائم، كاستبدال الهيدروجين الرمادي في المصافي ومصانع الأسمدة، ثم يتوسع في إنتاج الصلب الأخضر ووقود الشحن البحري.
وتعتمد سرعة النمو على أربعة أمور: انخفاض كلفة الكهرباء المتجددة والمحللات، ووضوح التشريعات، وتوافر عقود شراء طويلة الأجل تمنح المستثمرين ثقة، وبناء بنية تحتية للنقل. ويجب النظر بحذر إلى الأهداف المعلنة، فكثير منها لم يتحول بعد إلى قرارات استثمار نهائية.
أسئلة شائعة حول الهيدروجين الأخضر
ما الفرق بين الهيدروجين الأخضر والأزرق؟
الأخضر يُنتج من الماء بكهرباء متجددة، أما الأزرق فيُنتج من الغاز الطبيعي مع احتجاز جزء من ثاني أكسيد الكربون الناتج وتخزينه.
هل الهيدروجين الأخضر آمن؟
هو آمن عند الالتزام بمعايير التشغيل، لكنه سريع الاشتعال ويتسرب بسهولة، لذلك تُطبّق أنظمة كشف التسرب والتهوية وإجراءات صارمة في المنشآت.
هل يمكن استخدامه في السيارات؟
يمكن عبر خلايا الوقود، لكن السيارات الكهربائية بالبطاريات أعلى كفاءة وأوسع انتشارًا للركاب. وتظهر فرصة الهيدروجين أكثر في الشاحنات الثقيلة والقطارات حيث يصعب الاعتماد على بطاريات كبيرة.
لماذا هو مكلف؟
لأن إنتاجه يحتاج إلى كهرباء كثيرة ومعدات مرتفعة الثمن وبنية نقل لم تكتمل، بينما يستفيد الهيدروجين الرمادي من تقنيات ناضجة وغاز منخفض السعر في بعض الأسواق.
ماذا عن استهلاك المياه؟
الحاجة النظرية نحو 9 لترات من الماء النقي لكل كيلوغرام، وهي كمية صغيرة نسبيًا، لكن المشاريع الكبيرة في المناطق الجافة تحتاج إلى تحلية وإدارة دقيقة للمياه.
الخلاصة
يمثل الهيدروجين الأخضر أداة مهمة لخفض الانبعاثات في القطاعات التي لا تكفيها الكهرباء المباشرة، لكنه ليس بديلًا عن كل أنواع الوقود. فنجاحه مرهون بخفض كلفة الكهرباء المتجددة والمحللات، وبتشريعات واضحة، وببنية تحتية للنقل والتخزين. والنظرة الواقعية إليه هي أنه قطاع ينمو تدريجيًا ويتوجه أولًا إلى الأسمدة والصناعة الثقيلة والشحن، بينما تبقى الكهرباء المباشرة الخيار الأكفأ حيثما أمكنت.
المصادر ومراجع إضافية
- وكالة الطاقة الدولية (IEA)، تقارير الهيدروجين العالمية: iea.org
- الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA): irena.org
- وزارة الطاقة الأمريكية، برنامج الهيدروجين: energy.gov
- المفوضية الأوروبية، استراتيجية الهيدروجين: ec.europa.eu
