جامعة طوكيو تحقق إنتاج الهيدروجين الأخضر بدون تكلفة مع فائض الطاقة

توصل باحثون في جامعة طوكيو إلى إنجاز غير مسبوق في إنتاج الهيدروجين الأخضر. وطوّر الفريق طريقة تقلل تكلفة المتر المكعب من الغاز إلى قيم أقل من صفر ين. يستخدم التقدم التكنولوجي التحليل الكهربائي للمياه التي تعمل بالطاقة من مصادر متجددة. وتستفيد هذه التقنية من لحظات معينة من الكسل في سوق الكهرباء. تمثل النتيجة خطوة فنية مهمة نحو الجدوى الاقتصادية للوقود النظيف في السوق العالمية الحالية.

قاد مركز المؤسسة للأبحاث في العلوم والتكنولوجيا المتقدمة المشروع. يستكشف الابتكار ديناميكيات العرض والطلب لمصفوفات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. وعندما يتجاوز توليد الكهرباء الاستهلاك، تنخفض التعريفات وتصل إلى مستويات سلبية. يتعين على مشغلي الشبكات الكهربائية الدفع للتخلص من الطاقة الفائضة في هذه الأوقات. ويعيد النهج الجديد توجيه هذا الحمل الخامل نحو تحطيم جزيئات الماء على نطاق مختبري.

ديناميكيات الأسعار السلبية تدفع الإنتاج المستدام

تلتقط الطريقة الكهرباء تمامًا في نوافذ التسعير السلبي. الاستراتيجية تعمل. يتجنب العلماء إهدار الطاقة عن طريق توجيه التيار الكهربائي الزائد مباشرة إلى أنظمة التحليل الكهربائي عالية الطاقة. تقوم العملية بفصل الهيدروجين عن الأكسجين دون توليد أي نوع من الانبعاثات الملوثة. وينشأ الهيدروجين الأخضر من هذه العملية مدعومًا حصريًا بمصادر نظيفة. تعمل هذه المناورة على تحويل مشكلة لوجستية في المصانع إلى مادة خام ذات قيمة مضافة عالية.

وتواجه اليابان ضغوطا تاريخية لضمان أمن الطاقة لديها. تتمتع البلاد بموارد طبيعية محدودة للغاية على أراضيها الجزرية. لقد أجبرت أزمات النفط العالمية الحكومة على البحث عن بدائل قابلة للتطبيق في العقود الأخيرة. لقد ظهر الهيدروجين دائمًا كوعد بعيد المنال بسبب ارتفاع تكاليف التشغيل. ويتطلب الإنتاج التقليدي استثمارات ضخمة تجعل المنافسة المباشرة مع الوقود الأحفوري الموجود في السوق غير مجدية.

تتغير المعادلة المالية بشكل جذري مع انعدام تكلفة الكهرباء. ويمثل إنفاق الطاقة الجزء الأكبر من نفقات توليد الغاز النظيف. إن إزالة هذا الحاجز المالي يمهد الطريق لاعتمادها على نطاق واسع. ويتابع خبراء قطاع الكهرباء نتائج المسح الياباني عن كثب. وتعتمد الجدوى الاقتصادية للمشروع على التوسع المستمر في مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح حول العالم.

معايير الاعتماد والأثر البيئي للتكنولوجيا

ولا يحصل الهيدروجين الأخضر على هذا التصنيف إلا عندما تحافظ عملية الإنتاج على مستويات منخفضة من انبعاثات الكربون. يعتبر معيار CertifHy الأوروبي بمثابة مرجع الجودة الدولي الرئيسي لهذا القطاع. يلبي التحليل الكهربائي الذي يعمل بالطاقة المتجددة هذه المتطلبات الصارمة. ويضمن النموذج انخفاضًا جذريًا في إطلاق غازات الدفيئة في الغلاف الجوي. تسمح الشهادة ببيع المنتج في الأسواق الدولية الأكثر تطلبًا.

تستخرج الطرق التقليدية الهيدروجين من مشتقات البترول أو الغاز الطبيعي. تتعارض هذه الممارسة الصناعية بشكل مباشر مع الأهداف المناخية التي حددتها الاتفاقيات الدولية. توفر المحللات الكهربائية المتجددة انتقالًا حقيقيًا إلى مصفوفات الطاقة الخالية من الكربون. وتثبت دراسة جامعة طوكيو الجدوى الفنية لهذا الطريق. يتطلب التطبيق ظروفًا جوية وسوقية محددة جدًا للعمل بأقصى قدر من الكفاءة.

ولا تزال القدرة التنافسية للغاز النظيف مقارنة بالبنزين والديزل تواجه عقبات هيكلية. يكلف الهيدروجين الأخضر أكثر من النفط المستخرج بالطرق التقليدية في معظم الأوقات. ولا يغير الابتكار الياباني هذا السيناريو إلا خلال فترات ذروة الإنتاج الزائد من مصادر الطاقة المتجددة. إن الاعتماد الحصري على التعريفات السلبية يحد من النطاق الصناعي على المدى القصير. إن الجمع بين الألواح الكهروضوئية الرخيصة يزيد من فرص الفرص للمنتجين.

Leia Tambem

تصل توسعة Where Winds Meet Imperial Palace في 28 مايو مع تحسين جهاز PlayStation 5 Pro

يكشف العصر الجديد لـ Mortal Kombat في دور العرض عن 10 اختلافات مهمة عن الأفلام الكلاسيكية في التسعينيات

تطلق لعبة NBA The Run النسخة التجريبية المفتوحة لجهاز PS5 في نهاية هذا الأسبوع، وستصل اللعبة الكاملة في 9 يونيو

تحديات البنية التحتية وتزامن السوق

يصطدم التقدم العلمي بالحواجز العملية للعملية اليومية. إن فترات الطاقة الرخيصة لا تتزامن بالضرورة مع أوقات ارتفاع الطلب على الغاز. يؤدي الافتقار إلى التزامن الزمني إلى خلق عنق الزجاجة اللوجستي المعقد للمديرين الصناعيين. تحتاج محطات الطاقة إلى العمل بأقصى طاقتها عندما يكون هناك فائض من الكهرباء على الشبكة. يتطلب السوق الاستهلاكي إمدادات ثابتة ويمكن التنبؤ بها للحفاظ على تشغيل الأساطيل والمصانع.

يتطلب تخزين الهيدروجين مرافق متخصصة وآمنة للغاية. يؤدي غياب البنية التحتية الكافية إلى فقدان المزايا الاقتصادية التي تم الحصول عليها في الإنتاج. ويعمل الباحثون اليابانيون على تطوير حلول تكميلية لجعل النظام المتكامل قابلاً للتطبيق. تشمل جبهات الدراسة مجالات مختلفة من الهندسة وتكنولوجيا المعلومات. وتشمل المبادرات الرئيسية للمجموعة ما يلي:

• أنظمة التنبؤ الذكية لتوقع التعريفات السلبية.
• خزانات تخزين الهيدروجين ذات الضغط العالي.
• التكامل مع الطلب المرن للقطاع الصناعي.
• خوارزميات تحسين العملية في الوقت الحقيقي.
• شراكات استراتيجية مع مشغلي شبكات الكهرباء.

ويتطلب تنفيذ هذه التقنيات التكميلية استثمارات ضخمة في البحث والتطوير. ويقوم القطاع الخاص بمراقبة الاختبارات المعملية لتقييم إمكانية التوسع التجاري. ويمثل إنشاء خطوط أنابيب محددة لغاز الهيدروجين تحديًا لوجستيًا كبيرًا آخر. يتطلب النقل الآمن للعنصر الكيميائي مواد مقاومة للتقصف. تبحث هندسة المواد عن سبائك معدنية قادرة على تحمل الضغط والخصائص المتطايرة للغاز.

السباق العالمي وأهداف الحياد الكربوني

يعد المشروع الياباني جزءًا من حركة دولية نحو الاستبدال النهائي للوقود الأحفوري. وضعت الحكومات الأوروبية أهدافًا جريئة لإدراج الهيدروجين الأخضر في مصفوفاتها الصناعية. الصين تخصص مليارات الدولارات لبناء مشاريع التحليل الكهربائي العملاقة. وتتنافس كوريا الجنوبية وألمانيا على الريادة في توريد المعدات الدقيقة لهذا القطاع. تعمل المنافسة على تسريع التقنيات الرخيصة المستخدمة في سلسلة الإنتاج.

وتنظر اليابان إلى هيمنة التكنولوجيا المتجددة باعتبارها مسألة تتعلق بالسيادة الوطنية. تحتفظ البلاد باعتماد تاريخي على استيراد الفحم والغاز الطبيعي المسال. لقد تعهدت الحكومة رسميًا بتحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2050. وتتلقى الأبحاث الأكاديمية تمويلًا قويًا من الدولة لتسريع التحول في مجال الطاقة. وتعد جامعة طوكيو بمثابة مركز الابتكار الرئيسي لهذه الاستراتيجية الحكومية طويلة المدى.

ويؤكد العلماء أن التجارب ما زالت قيد التحسين في مختبرات المؤسسة. وتتضمن المرحلة التالية بناء مرافق تجريبية للاختبار في بيئات التشغيل الحقيقية. تقوم الشركات الشريكة بتحليل البيانات لبناء نماذج التسويق المستقبلية. وتشير التوقعات إلى أن التكنولوجيا ستصل إلى مرحلة النضج التجاري في غضون خمس إلى عشر سنوات. يعتمد نجاح المشروع على الموافقة على الأطر التنظيمية المواتية والحفاظ على الدعم الحكومي للبنية التحتية الأولية.