التكنولوجيا وتجاوز مصادر الطاقة التقليدية .. هل ينجح الهيدروجين الأخضر في عمل نقلة استثنائية للعالم؟

الطاقة هي وسيلة لهدف، وهدف الإنسان من استخدام الطاقة كان دائمًا ومنذ آلاف السنين أن يُسهل إنجاز المهام، وبدأت رحلة البشر مع الطاقة مع توظيف العضلات لإنجاز متطلبات الحياة وأهمها الزراعة للحصول على الطعام، لكن بعد آلاف السنين انتقل الإنسان من استخدام طاقة العضلات إلى استخدام طاقة الشمس والرياح والذرة، وما بين هذا وذاك صنع البشر - في طريقهم لاستكشاف وتسخير الطاقة - الحضارات والدول والإمبراطوريات وأصبح الغذاء أسهل وأكثر وفرة ولم يعد هو المحفز الرئيسي للجهد البشري كما كان في السابق.

النار والخشب
 

توصل الإنسان للنار، واستطاع استخدامها في طهي الطعام عبر حرق الأخشاب للتدفئة والتسوية والتوظيف بشكل أفضل مثل الإضاءة والإنارة، ثم في مرحلة متطورة استطاع عبر النار ترقية تعامله مع المعادن عن طريق إذابتها وإعادة تشكيلها فبدأ في صناعة أدوات معدنية تساعده في أعمال الزراعة والهندسة وصناعة الأدوات مثل الفأس والشوكة والجاروف وفي الدفاع عن النفس فصنع الأسلحة والدروع.

المحرك البخاري
 

بعد ذلك بعدة آلاف من السنين وتحديدًا في منتصف القرن الثامن عشر توصل البشر وعبر الرائد الأسكتلندي "جيمس واط" عمل تطوير إعجازي للمحرك البخاري بمساعدة وتمويل من المهندس الإنجليزي "ماثيو بولتون"، المحرك البخاري كان موجودًا قبل "واط" بعشرات السنين على يد البريطانيين "طوماس نيوكمن" و"طوماس سافيري" لكنه كان محركًا لا يمكن الاعتماد عليه وغير تجاري، التطوير الذي أجراه "واط" كان ثوريًا لتحويل المحرك للاستخدام العملي واسع النطاق وفي نفس الوقت كان تطوير "واط" هو البداية لاستخدام الفحم، وهنا بدأت الثورة الصناعية في إنجلترا.

الثورة الصناعية
 

عند هذه النقطة الزمنية توقف الإنسان عن استخدام عضلاته أو عضلات غيره (الحيوانات) لإنجاز الأعمال الشاقة والعنيفة وبدأ في استخدام الآلة، الآلة البخارية باستخدام الفحم مهدت الطريق نحو القطار البخاري والسفينة البخارية وبالتالي بدأت استكشافات عظيمة وظهرت إمبراطوريات وخريطة دولية جديدة وتحالفات جيوسياسية متنوعة.

الثورة الصناعية بدأت وتحتاج إلى موارد طاقة أكبر وأضخم لتعزيز قدراتها وتغذية جوع البشرية نحو اكتشاف المستقبل وما يمكن فعله بالآلة وكيف تُسرع المواصلات والتنقل والحركة والنمو الاقتصادي وبناء المشاريع، وهو ما مهد الطريق نحو استخراج واسع النطاق للفحم والذي يتواجد في الطبقة الأولى والقريبة من سطح الأرض لذا كان هو الوقود الأحفوري الأول في الاستخراج والأسهل.

الكهرباء والفحم
 

وفي أواخر القرن التاسع عشر ظهر أول إنتاج كهربائي من الفحم، وذلك عبر جهود متراكمة لعشرات السنين من رواد ومغامرين كبار أمثال "فولتا" و"فاراداي" و"ماكسويل" و"تسلا" و"أديسون"، فالإنتاج الكهربائي يعني أن البشرية قادرة على أن تُنتج وتعمل طوال اليوم بكفاءة مستدامة، وهو ما يعني مضاعفة العمل والإنتاج ويفتح آفاقًا أوسع للنمو الاقتصادي.
 

بسبب المحرك البخاري والفحم وتوليد الكهرباء تشكل العالم كما نراه الآن، في كتابه "أبناء الشمس" يرى "ألفريد كروسبي" أن الخريطة السياسية للعالم وطبيعة الدول في حاضرنا اليوم متأثرة بشكل هائل بما حدث فى القرنين الـ 18 و19 من فحم وكهرباء وبخار، خاصة إنجلترا التي كانت حاضنة لكل المواهب والعقول الفذة من أوروبا وكانت بيئة خصبة للتطبيق واسع النطاق لهذه الاكتشافات.

الغاز الطبيعي
 

أول استخدام عملي لهذا المورد كان في مدينة "بالتيمور" الأمريكية 1626 لإنارة الشوارع ليلاً، ولم يكن يُستخرج كما يحدث حالياً بل كان يُشتق من الفحم، لكن أول استخراج حقيقي للغاز كان على يد الأمريكي "ويليام هارت" في 1821 وأول أنبوب غاز ملحوم بالكامل كان في 1925 بين لويزيانا وتكساس.

النفط

القرن العشرون يمثل البداية الحقيقية للخام الأسود، والنقطة المحورية في النفط هي بين 1859 (اكتشاف أول بئر نفطية في أمريكا) و1890 (إنتاج السيارات على نطاق واسع)، فالاعتماد على النفط كمصدر للطاقة بديل للفحم أخذ زخماً بداية من الستينيات مع تأسيس منظمة الدول المصدرة للنفط "أوبك" 1960، لكن انكشف الدور المحوري له خلال أزمتي حظر تصدير النفط أثناء حرب أكتوبر 1973 وبعد الثورة في إيران ثم الحرب العراقية الإيرانية من 1979 إلى 1988.

السيارات
 

يقول "كروسبي" في كتابه :"محرك الاحتراق الداخلي كان لأكثر من قرن هو أكثر اختراع مؤثر على ظهر الكوكب؟، بنهاية القرن الماضي – أي العشرين– وصل عدد السيارات في العالم إلى ما يناهز نصف مليار سيارة ووصل استهلاك البشر في 1999 إلى 70 مليون برميل نفط يوميًا.
 

الفترة بين 1900 و1950 شهدت نموًا اقتصاديًا مذهلاً للصناعة الأمريكية، وظهرت حاجة ملحة للتنقل السريع، وكان ظهور محرك الاحتراق الداخلي محفزاً لنمو وازدهار صناعة السيارات الأمريكية العريقة في تلك الحقبة، ومن 1950 وأصبح النفط هو مصدر الطاقة الرئيسي للولايات المتحدة والدول الصناعية الكبرى بدلا من الفحم (عدا الصين).

حاضر الطاقة: الموارد المتجددة

ويمكن وصفها أيضًا بالطاقة النظيفة، يُقصد بها أي مصدر طاقة يأتي من استغلال قدرات الطبيعة وفي حالة تجدد مستمر لأن مصدرها الرئيسي لا ينضب حتى لو كان هذا المصدر يخضع للموسمية أو التغير بحسب الوقت من اليوم أو الفصل، مثل: الشمس، المياه، الرياح.

توليد الطاقة من هذه المصادر ليس اكتشافاً حديثاً، لكن ما هو حديث هو انخفاض تكلفته مقارنة بفترات زمنية سابقة وقديمة، لكن معرفة كيفية توليد الطاقة من المصادر الطبيعية المتجددة ترجع لعقود طويلة.

الأمريكي "تشارلز فريتز" قام ببناء أول خلية طاقة شمسية عام 1883، بينما المخترع "جون إريكسون" أقام أول محرك يعمل بالطاقة الشمسية عام 1885، وبعدها بثلاث سنوات استطاع "تشارلز برش" في ولاية "أوياهو" الأمريكية، بناء أول توربينة رياح مولدة للكهرباء.

مستقبل الطاقة: الهيدروجين

الهيدروجين الأخضر يُقصد به هيدروجين يتم إنتاجه من موارد طاقة متجددة ويمكن استخدامه في الصناعات كثيفة استخدام الطاقة مثل مصانع الحديد والصلب وكذلك تشغيل السيارات، ويصلح لتدفئة المنازل والأهم من ذلك أنه يساعد في تخزين الطاقة المتجددة الفائضة عن الحاجة بدلًا من هدرها وهو ما سيتم توضيحه.
 

الهيدروجين وخطط الاستثمار
 

العالم شهد في صيف العام الجاري الوجه القاسي للمناخ، لذا أعلن الاتحاد الأوروبي عن خطة بتريليون يورو لإنقاذ مناخ القارة بحلول 2050، الولايات المتحدة أعلنت عن 1.7 تريليون دولار لنفس الهدف.

لكن دعك من الأرقام الهلامية الكبيرة، الرقم المهم هو الذي صدر في أكتوبر الماضي عن وزارة الطاقة الأمريكية بتخصيص 100 مليون دولار للبحث والتطوير في مجال الهيدروجين الأخضر عبر إنشاء معملين وطنيين لهذا الغرض.

الخبراء في الصناعة مثل "ديفيد انتونيللي" الأستاذ في جامعة "لانكاستر" والرئيس التنفيذي لشركة "كوباجين" يرى أن استخدام خلايا الوقود (بتحليل الهيدروجين) الأخضر في سوق النقل أمر صعب تحقيقه لكن ليس فى المطلق، هناك فرصة في قطاع النقل لمسافات طويلة أي الشاحنات الكبيرة ذات الثمانية عشرة عجلة أو السفن العملاقة لنقل البضائع التي تحمل 20 ألف حاوية أو الطائرات البوينج الضخمة، لأنه كلما زاد حجم جسد الناقل (السيارة - السفينة - الطائرة) كلما سمح ذلك لتركيب وحدة هيدروجين أكبر.

عيوب الهيدروجين مقابل الكهرباء
 

ورغم مميزات خلايا الوقود (بتحليل الهيدروجين) إلا أن البطارية الكهربائية تحقق معدلات انتشار ونمو كبيرة وبفارق شاسع مع خلية الوقود.
 

في حين أن معظم تكنولوجيا التحليل الكهربائي مخصصة لاستخدام الهيدروجين في قطاع النقل والسيارات خاصة أن الانبعاثات في النقل تكون ماء نقيًا، وهو أمر إعجازي مقارنة بالوقود الأحفوري، لكن بعض المشاريع الهيدروجينية التي أُعلن عنها مؤخرًا تستهدف - بجانب النقل - اقتحام قطاعات مثل التكرير وإنتاج الأمونيا، كما أن بعض المطورين والباحثين يحاولون إجراء اختبارات تجريبية للتحليل الكهربائي في إنتاج الصلب.

حتى نهاية 2020 كانت توجد فقط ثلاث شركات سيارات تعمل على خطوط إنتاج لطرازات ذات محرك يعمل تقنية الهيدروجين الأخضر، هي شركات "هوندا" و"تويوتا" اليابانيتين و"هيونداي" الكورية الجنوبية.
 

هل يمكن الاعتماد على الهيدروجين؟
 

هذا السؤال يدفع للبحث في كفاءة الهيدروجين من مراحله الأولية وحتى وصوله إلى محرك السيارة:

طالما أن كفاءته تنخفض مع الوقت وأسعار منتجاته غير منافسة، ما سبب ظهوره على الساحة الآن؟ هذا حدث لسببين؛ أولهما أن انبعاثات خلية الوقود العاملة بالهيدروجين في السيارات: ماء نقي فقط، صفر انبعاثات كربونية. وهو ما يمثل إغراءً ومحفزاً لكثير من الحكومات في العالم كي تضخ مخصصات مالية كبيرة للبحوث والتطوير في هذا المجال لأن تطويره بما يجعله قابل للمنافسة ويجعل منتجاته قابلة للحياة في سوق حر سيكون أكبر وأهم مسرع لخطط العالم نحو تقليل الانبعاثات وتحسين البيئة والمناخ.

السبب الثاني، أن دول العالم أصبحت مؤخراً تملك فائضاً كبيراً من الطاقة المتجددة يتم هدره لصعوبة تخزينها بعكس الوقود الأحفوري الذي يمكن تخزينه بسهولة ولفترة طويلة دون أي مشكلات لوجستية أو كيميائية، لكن الهيدروجين الأخضر يساعد في تخزين الطاقة المتجددة وتحقيق أقصى استفادة ممكنة من الموارد المتجددة.

بفضل ميزة التخزين طويلة الأجل، البعض يُقدر سوق الهيدروجين المتوقع مستقبلاً بـ 11 تريليون دولار، مثلا في "يوتا" الأمريكية يجرى تشييد واحد من أكبر إن لم يكن الأكبر على الإطلاق لتخزين الطاقة المتجددة فى العالم بقدرة 1000 ميجاواط من الطاقة النظيفة، ويتم تنفيذه بالشراكة بين "ميتسوبيشي باور" المتخصصة فى التوربينات و"ماجنوم ديفيلوبمنت" التى تملك مخازن الملح، وسوف يتم باستخدام تقنيات الهواء المضغوط وخلايا الوقود الأكسيدية مع الهيدروجين الأخضر.

المشروع يستهدف في مرحلته الأولى توليد 150 ألف ميجاواط ساعة وهذا يكفي 7/1 الطلب على الكهرباء لولاية بحجم "لوس أنجلوس"، وسيبدأ التشغيل الفعلي عام 2025 بحسب "ميتسوبيشي"، وسيتم استخدام الطاقة المخزنة وقتما تكون الشبكة الكهربائية في حالة عجز أو نقص، وما لم يكن هناك عجز فإن الطاقة المتجددة التي تم توليدها عبر تقنيات الكهرومائية أو الشمسية أو الرياح ستكون مخزنة تحت الأرض.

المستقبل في ظل المعوقات والفرص
 

كما سبق وذكرنا، الهيدروجين له مزايا إعجازية مثل التخزين طويل الأجل لكن يعوقه التكاليف المرتفعة وانخفاض المخصصات المالية للبحث والتطوير لكن ومع ذلك يرى البعض أن المستقبل سيكون أكثر من مذهل لهذا السوق النظيف، مثلاً بنك "أوف أميركا" في ورقة بحثية نشرها لمستثمريه وعملائه في سبتمبر 2020 يرى أنه بحلول 2050 سيحدث ما يلي للسوق:
 

المشروعات في المنطقة العربية
 

كي تستنتج أي الدول العربية التى لها مستقبل في سوق الهيدروجين الأخضر يجب أولاً النظر إلى حصة الطاقة المتجددة في مزيج استهلاك الطاقة للدول العربية:

لكن وعلى الرغم من أن الأرقام في الوقت الحاضر تبدو مُحبطة إلا أن الخطوات والخطط التي تُعقد بالسنوات الأخيرة تبدو مبشرة وتحتاج فقط للوقت الكافي لكي يظهر أثرها على أرض الواقع، على سبيل المثال:
 

- مارس 2021: أعلنت "أرامكو" السعودية اتفاقية تعاون مع "هيونداي" لإنتاج الهيدروجين الأزرق.
 

- مايو 2021: إمارة دبي تدشن مشروعاً للهيدروجين الأخضر بالتعاون بين هيئة كهرباء وماء دبي وإكسبو دبي 2020 وسيمنس للطاقة.
 

- مايو 2021: سلطنة عمان تخطط لبناء أحد أكبر مصانع الهيدروجين الأخضر في العالم لتوليد طاقة بـ 25 ألف ميغاواط من طاقة الرياح والطاقة الشمسية.
 

- يوليو 2021: مصر توقع اتفاقاً مع "إيني" الإيطالية للتعاون في مجال الهيدروجين الأخضر ودراسة السوق وتقييم دراسات الجدوى.
 

- يوليو 2020: وقعت "نيوم" السعودية شراكة مع "إير بروداكتس" الأمريكية و"أكوا باور" بقيمة 5 مليارات دولار لبناء منشأة لإنتاج الهيدروجين الأخضر في مدينة "نيوم".

الطموح السعودي
 

في يناير الماضي أثناء مؤتمر مبادرة مستقبل الاستثمار في الرياض، قال وزير الطاقة الأمير "عبد العزيز بن سلمان": "المملكة لديها سجل حافل بتقليل الانبعاثات، ونحن كحكومة وبلد ملتزمون بحيادية الانبعاثات، ولدينا فريق جاد وطموح يعمل على تحويل الهيدروكربون إلى استخدامات مختلفة، سنكون رواداً في الهيدروجين النظيف والأزرق، وسيكون لدينا من يساعدنا من حول العالم بهذا الصدد".
 

الخلاصة أن الهيدروجين الأخضر مثالي لتخزين الطاقة المتجددة، مثالي لتشغيل محركات السيارات، جسر عظيم نحو تصفير الانبعاثات الكربونية ولكنه يفتقر إلى الأسعار التنافسية والتكاليف المعقولة وهذه المشكلة بدورها تحتاج إلى إنفاق أكبر على البحوث والتطوير والابتكار للتغلب عليها وهو ما يبدو أنه سيكون أمراً قابلاً للتحقق خلال العشر سنوات المقبلة.

المصادر: أرقام – إدارة معلومات الطاقة الأمريكية – وكالة الطاقة الدولية – سي إن بي سي – بنك أوف اميركا – ديلويت – معهد التمويل الدولي – البنك الدولي – بي بي.