بكين — (رياليست عربي). طور فريق من الأكاديمية الصينية للعلوم منظومة متكاملة تستخدم مياه البحر لإنتاج الهيدروجين والمياه العذبة، مع الاستفادة من الحرارة المهدرة وإمكانية استخراج موارد بحرية، بينها اليورانيوم والبروم.
وقاد المشروع دنغ دهوي وليو يانتينغ من معهد داليان للفيزياء الكيميائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، ونشرت نتائج الدراسة في دورية Nature Energy العلمية المحكمة.
وتبلغ قدرة المنشأة التجريبية 250 كيلوواط، ويمكنها إنتاج نحو 380 ألف متر مكعب قياسي من الهيدروجين سنوياً بدرجة نقاء تصل إلى 99.9999%، إضافة إلى 256 طناً من المياه العذبة.
وتعتمد التقنية على معالجة إحدى المشكلات الرئيسية التي تواجه إنتاج الهيدروجين من مياه البحر. فالتحليل الكهربائي المباشر يعاني من تآكل الأقطاب بسبب أيونات الكلوريد، فضلاً عن تراكم مركبات الكالسيوم والمغنيسيوم، بينما يتطلب الأسلوب التقليدي الآخر تحلية مياه البحر أولاً ثم إجراء التحليل الكهربائي، ما يزيد استهلاك الطاقة والتكلفة.
تحويل الحرارة المهدرة إلى مورد
ركز الباحثون على الاستفادة من الحرارة التي تضيع عادة أثناء عملية التحليل الكهربائي. وفي الأنظمة التجارية الحالية، يتحول نحو 30% من الكهرباء، عند درجات حرارة تتراوح بين 80 و90 درجة مئوية، إلى حرارة منخفضة الجودة يصعب استعادتها، وعادة ما يجري التخلص منها باستخدام أنظمة تبريد تستهلك بدورها الطاقة والمياه.
وربط الفريق الصيني وحدة التحليل الكهربائي مباشرة بمنظومة للتحلية، بحيث تنتقل الحرارة المهدرة إلى برج للتقطير الفراغي. ويسمح الضغط المنخفض بغلي مياه البحر وتبخيرها عند درجات حرارة تتراوح بين 40 و50 درجة مئوية، قبل تكثيف البخار لإنتاج المياه العذبة.
وبحسب الأكاديمية الصينية للعلوم، تنتج المنظومة كمية من المياه العذبة تكفي لتشغيل عملية التحليل الكهربائي مع وجود فائض إضافي.
أما المحلول الملحي المركز المتبقي بعد التحلية، فيمكن استخدامه لاستخراج الملح واليورانيوم والبروم وموارد بحرية أخرى عبر مراحل معالجة متعددة.
وأظهرت الدراسة أن المنظومة رفعت كفاءة استخدام الكهرباء بنسبة 14.4% مقارنة بالتحليل الكهربائي القلوي التقليدي للمياه. كما عملت المنشأة بصورة مستقرة لمدة 40 يوماً، مع تشغيلها وإيقافها يومياً، من دون تسجيل تراجع واضح في الأداء.
تكلفة تنافسية للهيدروجين
وكان الفريق قد طور في عام 2023 وحدة أصغر بقدرة 25 كيلوواط، قبل توسيع التقنية إلى المنشأة الحالية بقدرة 250 كيلوواط.
ووفق حسابات الباحثين، يمكن أن تبلغ التكلفة المتوسطة لإنتاج كيلوغرام واحد من الهيدروجين نحو 2.1 دولار عند استخدام كهرباء مولدة من طاقة الرياح البرية بسعر 0.033 دولار لكل كيلوواط/ساعة.
وترتفع التكلفة المقدرة إلى نحو 2.9 دولار للكيلوغرام عند استخدام الكهرباء الشمسية بسعر 0.049 دولار لكل كيلوواط/ساعة، بينما أشارت الدراسة إلى أن سعر بيع الهيدروجين يبلغ حالياً نحو 3.9 دولار للكيلوغرام.
وقال الباحثون إن النتائج تشير إلى إمكانية جعل إنتاج الهيدروجين من مياه البحر أكثر قدرة على المنافسة اقتصادياً مقارنة بالطريقة التقليدية القائمة على تحلية المياه بشكل منفصل قبل التحليل الكهربائي.
ويرى دنغ دهوي أن المرحلة المقبلة من البحث يجب أن تركز على تطوير محفزات أكثر كفاءة، وزيادة استعادة الحرارة المهدرة، واستخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين معايير التشغيل ورفع الكفاءة الإجمالية للمنظومة.
