العمل بالماء: خلايا الوقود الهيدروجينية تصل إلى القوارب والشاحنات
قبل عشرين عاما، بدا الأمر وكأن مركبات خلايا الوقود الهيدروجيني سيكون لها مستقبل مشرق. كانت السيارات رائعة – سيارات سيدان فاخرة بتصميمات داخلية أنيقة وشاشات تعمل باللمس ذات مظهر مستقبلي. كانت صديقة للبيئة، حيث كان بخار الماء هو المنتج الثانوي الوحيد لها. كانت الجهات التنظيمية على استعداد، ووعدت باستثمارات كبيرة في البنية التحتية للتزود بالوقود. بدا الرهان على العنصر الأكثر وفرة في الكون في مكافحة تلوث الهواء، وفي نهاية المطاف تغير المناخ، وكأنه أمر مؤكد. ولكن على الرغم من بيع عشرات الآلاف من المركبات وإنفاق مليارات الدولارات على التزود بالوقود، فإن هذا الرهان لم يؤت ثماره بعد. تظل كاليفورنيا الولاية الوحيدة في البلاد التي لديها أي نوع من البنية التحتية للتزود بالوقود الهيدروجيني، مع أقل من 50 محطة تعمل حاليًا. انهارت مبيعات المركبات بشكل أساسي: تم بيع 322 مركبة تعمل بخلايا الوقود فقط في النصف الأول من عام 2024، بانخفاض 82٪ عن العام الماضي. يبدو أن البنية التحتية للتزود بالوقود على وشك الانهيار أيضًا. يتم إغلاق المحطات، والمحطات التي لا تزال تعمل تكون غير متصلة بالإنترنت بشكل روتيني بسبب مشاكل تقنية ونقص الوقود. تستمر أسعار الهيدروجين في الارتفاع، حيث تعكر مشاكل الإنتاج ونقص العرض السوق. وصف الرئيس التنفيذي لشركة تسلا إيلون ماسك مركبات خلايا وقود الهيدروجين بأنها “غبية بشكل مذهل”. وصف المنتقدون الهيدروجين بأنه طريقة غير فعالة وغير منطقية لإزالة الكربون من النقل. بعد كل شيء، المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية موجودة بالفعل. وصف الرئيس التنفيذي لشركة تسلا إيلون ماسك مركبات خلايا وقود الهيدروجين بأنها “غبية بشكل مذهل”. لكن الهيدروجين لا يزال لديه القدرة على تغيير قواعد اللعبة في مكافحة تغير المناخ، إذا تمكنا من إيجاد حل أفضل. على الرغم من إخفاقاتها المبكرة، لا تزال الشركات الكبرى تصب مليارات الدولارات في التكنولوجيا. تضع الحكومات خطط البنية التحتية وتمرير الإعفاءات الضريبية على أمل أن تتمكن من تقديم يد المساعدة. إذا كان لخلايا وقود الهيدروجين أن تصمد، فقد حان الوقت للتفكير بشكل أكبر. إلى البحر لا يبدو القارب الذي يطفو في المياه بالقرب من وول ستريت مثل السفن الأخرى التي تملأ الممرات المائية المزدحمة في نيويورك عادةً. في الواقع، لا تنبعث من هذه السفينة دخان الديزل مثل جميع حاويات الشحن وناقلات النفط وقوارب القمامة. في الواقع، لا تنبعث منها أي تلوث على الإطلاق. السفينة، التي تحمل اسم Energy Observer، عبارة عن قارب سباق فرنسي أنيق يبلغ طوله 100 قدم، وقد تم تجهيزه بألواح شمسية تمتص أشعة الشمس ببطء لإرسالها إلى أربع بطاريات ليثيوم أيون موجودة أسفل سطح السفينة. تغطي الألواح الشمسية سطح القارب بالكامل تقريبًا، لذا يتعين عليك إما ارتداء أحذية قماشية خاصة للصعود على متنها – أو مجرد المشي حافي القدمين. في يوم غائم في أبريل الماضي، أكملت للتو رحلة حول العالم استمرت سبع سنوات، زارت خلالها العديد من البلدان للتبشير بإنجيل الطاقة المتجددة. إن Energy Observer عبارة عن مختبر عائم، حيث يمكن لطاقمها المكون من ستة أفراد إجراء تجارب على الطاقة المستدامة من أجل إثبات كيفية استخدامها لتشغيل جميع أنواع السفن. الصورة: Gettyينتج القارب كل الطاقة التي يحتاجها للإبحار، ويفعل ذلك من خلال ثلاث طرق مختلفة. الأولى هي الطاقة الشمسية، من خلال الألواح المذكورة أعلاه. والثانية هي طاقة الرياح، والتي يتم توليدها من خلال هذه الصواري المزدوجة الضخمة التي تبدو وكأنها جناحان هوائيان يقفان بشكل مستقيم. يطلق الطاقم على هذه “أجنحة المحيط”، وهي تشكل حوالي 30 في المائة من قوة دفع القارب ويمكنها تحريك القارب حتى 12 عقدة دون التأثير على استهلاكه للكهرباء. والثالثة هي الهيدروجين، الذي يعمل على النحو التالي: يتم ترشيح مياه البحر من خلال الهياكل لتحليتها وتنقيتها قبل أن يقسم المحلل الكهربائي H2O إلى هيدروجين وأكسجين. ثم يتم تحويل الهيدروجين إلى كهرباء بفضل خلية وقود تويوتا، وهي نسخة مماثلة من التكنولوجيا المستخدمة في سيارات السيدان التي تعمل بالهيدروجين من شركة صناعة السيارات، والتي تنبعث منها بخار الماء بدلاً من تلوث الكربون. “هذا هو الغرض الحقيقي من السفينة”، كما قال جورج كونتي، قائد السفينة السويسري الودود، “إنتاج الهيدروجين من مزيج من الطاقات المتجددة”. إن Energy Observer ليست سريعة جدًا، حيث تصل سرعتها القصوى إلى حوالي 11 عقدة، وهي أبطأ بكثير من القارب ذي الهيكل المزدوج النموذجي. لقد ولت أيام سباقاتها منذ فترة طويلة، وهو أمر منطقي لأن السرعة ليست المهمة النهائية للسفينة. إنه مشروع توضيحي لإثبات أن الهيدروجين من مصادر متجددة يمكن أن يكون بديلاً قابلاً للتطبيق للديزل والوقود الملوث الآخر المستخدم في النقل البحري. يمثل الشحن حوالي 3 في المائة من غازات الاحتباس الحراري، على غرار الطيران. يمثل النقل ككل أكثر من ربع جميع الانبعاثات المسببة للاحتباس الحراري. سيكون إزالة الكربون من القطاع تحديًا هائلاً، ولا تستطيع بطاريات الليثيوم أيون القيام بذلك بمفردها. لا يعتمد فريق Energy Observer فقط على قارب ذي هيكل مزدوج يبلغ طوله 100 قدم لإثبات وجهة نظره. لا يزال خليفة هذا المشروع، سفينة شحن ضخمة تسمى Energy Observer 2، في مراحل التخطيط فقط. وإذا تمكنت الشركات التي تدعم المشروع من جمع أموال كافية لتمويل إنشائه -وهذا أمر مشكوك فيه- فسيكون لديه القدرة على إثبات أن الهيدروجين السائل يستحق أن تتم مناقشته جنبًا إلى جنب مع البدائل الأخرى الأقل كثافة في الكربون مثل الوقود الحيوي والأمونيا والغاز الطبيعي. ستتمكن Energy Observer 2 من نقل 1100 حاوية شحن بطول 20 قدمًا لمسافة 1800 ميل بحري بمجرد بنائها، ستتمكن Energy Observer 2 من نقل 1100 حاوية شحن بطول 20 قدمًا لمسافة 1800 ميل بحري – وهو ليس كافيًا لعبور المحيط الأطلسي، ولكنه كافٍ للرحلات بين القارات. ومثل سابقتها، ستعمل سفينة الشحن أيضًا على خلايا وقود الهيدروجين التي توفرها شركات السيارات مثل تويوتا – ولكن عددًا أكبر بكثير منها. إن أكثر من 100 خلية وقود، تستخدم أكثر من 40 طن من الهيدروجين السائل، وتولد ما يقرب من 4.8 ميغاواط من الطاقة. “لا يوجد مشروع في العالم لديه هذه القوة”، كما أخبرني فيكتوريان إيروسارد، قبطان السفينة. لكن مشروعه يواجه بالفعل مشاكل مألوفة حول التكلفة والبنية التحتية للتزود بالوقود. لن يكون انتقالًا سهلاً. سوف يتطلب المزيد من المستثمرين، والمزيد من الداعمين، والمزيد من المؤمنين الحقيقيين بالهيدروجين لجعل هذا العمل ناجحًا. قال إيروسارد: “الكثير والكثير والكثير من القوارب”. أشياء الشاحناتولكن أيضًا الشاحنات – التي تعرف عنها شركة جنرال موتورز شيئًا أو اثنين. وخاصة الشاحنات ذات الحجم الضخم التي تكون كبيرة بما يكفي لتحمل أثقل الأحمال. كانت شركة جنرال موتورز واحدة من أوائل شركات صناعة السيارات التي أدخلت خلية وقود الهيدروجين في مركبة. يقال إن سيارة Electrovan التي أنتجتها الشركة عام 1966، وهي حافلة GMC Handi-Bus معدلة تعمل بالهيدروجين والأكسجين، يمكنها أن تسير بسرعة 70 ميلاً في الساعة وتقطع مسافة 150 ميلاً. اليوم، تبدو مركبات الشركة التي تعمل بخلايا الوقود مختلفة بعض الشيء. تستثمر شركة هيدروتيك التابعة لشركة جنرال موتورز في الشاحنات الثقيلة – فكر في معدات التعدين، وخلاطات الأسمنت، والجرارات الطرفية – بالإضافة إلى عدد قليل من الشاحنات المتوسطة. والفكرة هي استخدام الهيدروجين لإزالة الكربون من الصناعات الثقيلة، وهو أمر غير مناسب للسيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات والتي تبطئ عملية الشحن. حتى أوجه القصور العميقة في تزويد الهيدروجين بالوقود يمكن إصلاحها بسهولة. تعمل الشاحنات الثقيلة عادة في أماكن محصورة، مثل مواقع البناء والمستودعات والموانئ والمحاجر. في ظل هذه الظروف، يمكن وضع محطات الوقود في موقع مركزي لخدمة أسطول كامل من مركبات خلايا وقود الهيدروجين. لا حاجة لمحطة وقود هيدروجين في كل زاوية شارع سكني. كانت جنرال موتورز واحدة من أوائل شركات صناعة السيارات التي وضعت خلية وقود هيدروجين في مركبة. أخبرني تشارلي فريز، المدير التنفيذي لشركة هيدروتيك، أنه لا يزال “في الأيام الأولى”. لا تزال جنرال موتورز تختبر تقنيتها لمعرفة ما ينجح وما لن ينجح. بالإضافة إلى الشاحنات، هناك أيضًا خلايا الوقود نفسها، مجمعة معًا في حزمة على شكل مكعب، تسمى بشكل مناسب Power Cubes. يمكن استخدام هذه المكعبات، التي تم تطويرها جنبًا إلى جنب مع هوندا، لتشغيل العديد من المركبات المختلفة. ويمكن استخدامها حتى في مولدات الطاقة الثابتة للأحداث الخارجية، لتحل محل كل مولدات الديزل القذرة المستخدمة اليوم. وقال فريز إن شركات صناعة السيارات الأخرى، مثل تويوتا، اندفعت بسرعة كبيرة إلى سوق سيارات الركاب قبل وضع البنية التحتية للتزود بالوقود. ربما كانت تويوتا ميراي، أول مركبة تعمل بخلايا الوقود والتي تم تقديمها لأول مرة في عام 2014، مركبة رائدة في ذلك الوقت، لكنها الآن أصبحت عبئًا على العديد من المالكين. قال فريز: “كان من الواضح أن هذه لن تكون تجربة مجزية للغاية”. “إن التكنولوجيا تلائم حقًا أثقل المركبات، تلك التي تحمل حمولات ثقيلة، وتسافر لمسافات أطول، وتحتاج إلى إعادة التزود بالوقود بسرعة كبيرة”. لم تطلق جنرال موتورز مركبة تعمل بخلايا الوقود لسوق المستهلك، لكن مشروعها المشترك مع هوندا بدأ للتو في إنتاج خلايا الوقود بكميات كبيرة في مصنعها في ميشيغان في وقت سابق من هذا العام. وشاحنة متوسطة الحجم، تعتمد على شيفروليه سيلفرادو 5500، في الطريق. تعتقد شركة جنرال موتورز أنها قد تكون شاحنة العمل المثالية للمزارعين. واعترف فريز قائلاً: “لن تكون مثالية في البداية”. معظم الهيدروجين في الولايات المتحدة هو ما يسمى “الهيدروجين الرمادي”، مما يعني أنه يتم إنتاجه من خلال عملية تسمى إصلاح الميثان بالبخار، والتي تنبعث منها غازات الاحتباس الحراري. والأمل هو التحول في النهاية إلى “الهيدروجين الأخضر”، المصنوع من مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. لكننا لم نصل إلى هناك بعد. قال فريز: “إذا كنت أستخدم خلية وقود هيدروجينية، فأنا أجعل أسطولي أخضر، حتى لو كان هيدروجينًا رماديًا”. “وبمرور الوقت، يمكن استبدال الهيدروجين الرمادي بالهيدروجين الأخضر. لكن هذا يتطلب المزيد من بناء البنية التحتية … يجب أن ينموا معًا”. ألين جيه شابين / لوس أنجلوس تايمز عبر صور جيتي فشل التزود بالوقود كان جاكوب بروير أحد هؤلاء الذين تبنوا الهيدروجين في وقت مبكر. لقد قاد سيارة تويوتا ميراي لأكثر من سبع سنوات، منجذبًا إلى تسارعها السلس ومداها المتباهي وداخليتها الفاخرة. ولكن على الرغم من تجربته المباشرة مع أوجه القصور، فإنه أقل تشاؤما من معظم الناس عندما يتعلق الأمر بمستقبل الهيدروجين. فبالإضافة إلى القوارب والشاحنات الثقيلة، يرى أن العديد من التطبيقات مثالية لتكنولوجيا خلايا الوقود، بما في ذلك الجرارات والحافلات والشحن والقطارات والمركبات الهجينة الخفيفة، وحتى الطيران. والواقع أن بعض التجارب المقنعة كانت في الطيران باستخدام خلايا الوقود. وتعمل شركة Joby Aviation على تطوير نسخة تعمل بالهيدروجين من طائراتها ذات الإقلاع والهبوط العمودي للرحلات الطويلة بين المدن. ووافقت الخطوط الجوية الأمريكية مؤخرًا على شراء 100 محرك هيدروجيني كهربائي من ZeroAvia، وهي شركة ناشئة في مجال الطيران تعمل بخلايا الوقود، لتشغيل طائراتها الإقليمية. ومن الصعب بشكل خاص إزالة الكربون من الطيران؛ إذ يجب أن تكون الطائرات خفيفة بما يكفي لتحقيق الطيران، ومن شأن بطاريات الليثيوم أيون الثقيلة أن تفسد هذه النسبة. والهيدروجين خفيف عمليًا بالمقارنة. وقال بروير إن هناك استخدامات للهيدروجين حتى خارج النقل. ويشكل الأسمنت والصلب حوالي 12 في المائة من انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي. والهيدروجين أكثر ملاءمة لإزالة الكربون من إنتاج الأسمنت والصلب من البطاريات. ومراكز البيانات التي تستضيف الخوادم التي تعمل على تشغيل طفرة الذكاء الاصطناعي – يمكنك تشغيلها بالهيدروجين أيضًا. والقائمة تطول. ولكن بالنسبة لعنصر وفير مثل الهيدروجين، فقد يكون من الصعب للغاية العثور عليه. “الكهرباء متوفرة في كل مكان، لكن الهيدروجين غير متوفر” لكي تصبح كل هذه التطبيقات حقيقة واقعة، لتصبح أكثر من مجرد تجارب مجيدة مثل Energy Observer أو Power Cubes من جنرال موتورز، فإنها تحتاج إلى البنية التحتية للوقود للارتفاع أيضًا. لم تكن المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية بهذا السوء من قبل. من المؤكد أن تجربة الشحن العامة للسيارات الكهربائية تترك الكثير مما هو مرغوب فيه. لكن الكهرباء لها بداية كبيرة. قال بروير: “الكهرباء تذهب إلى كل شركة”. “الكهرباء متوفرة في كل مكان، لكن الهيدروجين غير متوفر”. يعتقد أنه يمكن أن يصل إلى هناك. إن إدارة بايدن كلها في مجال الهيدروجين، حيث وافقت على اعتمادات ضريبية لدعم إنتاج الهيدروجين الأخضر وخصصت 7 مليارات دولار لمراكز الإنتاج الإقليمية في جميع أنحاء الولايات المتحدة. لا تزال الأمور تبدو قاتمة بالنسبة لمالك سيارة تويوتا ميراي العادي، لكن يبدو أن الغيوم تتبدد لكل شيء ليس مركبة خفيفة. قال بروير: “نحن في بداية البداية”. إنها طريقة غريبة للتفكير في تقنية عمرها عقود، إن لم يكن قرونًا. لكن يبدو في النهاية أن الهيدروجين أصبح جاهزًا للقيام بواجباته.
المصدر
