إنتاج الهيدروجين من تحلل الأمونيا بطريقة مبتكرة

توصّل باحثون يابانيون إلى طريقة مبتكرة تتجاوز عقبة درجة الحرارة المرتفعة التي تعوق إنتاج الهيدروجين من تحلل الأمونيا حيث يتواجد الهيدروجين في الغالب في صورة مركبات كيميائية فيه (الأمونيا) وهيدريدات المعادن وغيرها من المركبات المهدرجة.

عقبة رئيسة وحل مبتكر

من بين جميع حاملات الهيدروجين تبرز الأمونيا بوصفها مرشحاً واضحاً واعداً نظراً لتوافرها على نطاق واسع ومحتواها العالي من الهيدروجين إذ يشكّل الهيدروجين 17.6% من كتلتها وسهولة التسييل وكذلك النقل.

ويُمكن تحلل الأمونيا لإنتاج الهيدروجين دون إطلاق ثاني أكسيد الكربون إلّا أن أحد عيوب استعمال الأمونيا هو أنها تتطلب درجات حرارة عالية جداً لتفاعلات التحلل.

ولكن إنتاج الهيدروجين لخلايا الوقود واستعمال محرك الاحتراق الداخلي يتطلب معدلات تحويل عالية للأمونيا عند درجات حرارة منخفضة.

وفي محاولة لتحقيق تحلل قابل للتطبيق في درجات حرارة منخفضة للأمونيا لإطلاق الهيدروجين طُوِّرت عملية مدمجة جديدة قادرة على تحقيق ذلك من فريق من الباحثين الجامعيين والصناعيين في اليابان.

وتوصل الفريق إلى طريقة بمساعدة “البروتونيات السطحية” لإنتاج الهيدروجين الأخضر عند الطلب من الأمونيا باستعمال مجال كهربائي ومحفز أكسيد الروثينيوم/السيريوم.

وتجعل البروتونيات السطحية التفاعلات المحفزة منخفضة الحرارة ممكنة لتفكيك الأمونيا واستخراج الهيدروجين منها وفق ما ورد في موقع “إنرجي فويس” (Energy Voice).

إنتاج الهيدروجين من الأمونيا

تمكّن الأستاذ في جامعة واسيدا ياسوشي سيكيني مع فريقه من إثبات “معدل مرتفع لتحويل الأمونيا إلى هيدروجين عند درجات حرارة منخفضة بشكل ملحوظ” من خلال تطبيق مجال كهربائي واستعمال المحفز أكسيد الروثينيوم/السيريوم، وهو نشط للغاية وسهل التصنيع.

وفي حديثه عن المشروع قال سيكيني: “هذا مشروع تعاوني بين مختبرنا في جامعة واسيدا وشركة يانمار القابضة، وهي شركة رائدة في استعمال الأمونيا”.

وتابع: “كنّا نهدف إلى تطوير عملية تمكّننا من استغلال قدرة الأمونيا على توليد الهيدروجين عند الطلب؛ لذلك بدأنا في التحقيق بأنظمة التحفيز الحراري التقليدية”.

ولاحظ الفريق أن الخطوة التي تحدد معدل الروثينيوم كانت امتصاص النيتروجين (عملية تُطلق فيها مادة امتُصَّت مسبقًا من سطح) عند درجات حرارة منخفضة وتفكك النيتروجين والهيدروجين عند درجات حرارة عالية.

وقادتهم جهودهم للتغلب على هذه المشكلة من خلال محاولة التفاعلات التحفيزية بمساعدة المجال الكهربائي.

وحسّنت هذه التقنية توصيل البروتون على سطح المحفز وخفضت الطاقة المطلوبة للتفاعل، جنبًا إلى جنب مع درجات حرارة التفاعل لتسهيل تحويل الأمونيا بكفاءة.

وباستعمال هذه المعلومات صمّم الفريق نظاماً تحفيزياً حرارياً جديداً لتحلل الأمونيا في درجات حرارة منخفضة إلى هيدروجين بمساعدة المحفز سهل الصنع والحقل الكهربائي بالتيار المستمر.

تسريع تبني البديل النظيف

إن العيب الرئيس الذي يعوق استغلالها مصدرًا للهيدروجين الأخضر عند الطلب للتطبيقات العملية هو الحاجة إلى درجات حرارة عالية للغاية (أكثر من 773 درجة كلفن) لتحلُّلها.. (درجة كلفن = الدرجة المئوية + 273.15).

ووجد الباحثون أن النظام الخاص بهم يحلل الأمونيا بكفاءة حتى تحت درجة 473 كلفن، ومع وجود وقت اتصال طويل بما فيه الكفاية بين تغذية الأمونيا والمحفز حققوا معدل تحويل بنسبة 100% عند 398 كلفن.

ويمثّل ذلك انخفاضاً هائلاً في كمية الطاقة المطلوبة لكسر روابط الأمونيا.

على النقيض من ذلك لاحظ الفريق أيضاً أنه دون مجال كهربائي تباطأت عملية امتصاص النيتروجين بسرعة ما أدى إلى توقُّف تفاعل تحلل الأمونيا.

وفقًا للأستاذ ياسوشي سيكيني يوضّح هذا النهج الجديد أنه يُمكن إنتاج الهيدروجين الأخضر من الأمونيا في درجات حرارة منخفضة ما يضمن تحويلًا بنسبة 100% تقريبًا بمعدلات تفاعل عالية.

ويختتم سيكيني حديثه قائلاً: نعتقد أن طريقتنا المقترحة يمكن أن تسرّع من التبني الواسع النطاق للوقود البديل النظيف من خلال جعل تركيب الهيدروجين الخالي من ثاني أكسيد الكربون عند الطلب أسهل من أيّ وقت مضى.

إنتاج الهيدروجين.. اهتمام متزايد

ويكتسب غاز الهيدروجين اهتماماً متزايداً بوصفه مصدراً للطاقة لمستقبل أخضر ومستدام نظراً لكثافته العالية من الطاقة وطبيعته الخالية من الكربون.

لذا يستمر الباحثون في السعي إلى تعزيز طرق مختلفة لإنتاج الهيدروجين في إطار الجهود المبذولة للحدّ من انبعاثات الكربون ومواجهة ظاهرة الاحتباس الحراري العالمية.