خفض التكاليف في إنتاج الهيدروجين: كيف توفر أجهزة التحليل الكهربائي القلوية حلاً؟ مقدمة

مع تحول العالم نحو الطاقة النظيفة، برز الهيدروجين الأخضر - المُنتَج باستخدام الكهرباء المتجددة - كعامل رئيسي في إزالة الكربون من صناعات مثل النقل والصلب والمواد الكيميائية. ومع ذلك، تُمثّل تكاليف الإنتاج المرتفعة عائقًا رئيسيًا أمام انتشاره على نطاق واسع. من بين تقنيات التحليل الكهربائي المتاحة، تُمثّل أجهزة التحليل الكهربائي القلوية (ALK) مسارًا واعدًا لخفض التكاليف.

في هذه المدونة، نستكشف:

لماذا يجب خفض تكاليف إنتاج الهيدروجين

كيف تعمل أجهزة التحليل الكهربائي القلوية ومزاياها من حيث التكلفة

التطورات الأخيرة تجعل ALK أكثر قدرة على المنافسة

التوقعات المستقبلية للهيدروجين الأخضر بأسعار معقولة

التحدي: ارتفاع تكاليف الهيدروجين الأخضر

حاليًا، يُنتَج معظم الهيدروجين من الوقود الأحفوري (الهيدروجين الرمادي)، وهو رخيص الثمن ولكنه ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون. أما الهيدروجين الأخضر، المُنتَج عن طريق التحليل الكهربائي للماء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، فهو نظيف ولكنه مكلف بسبب:

ارتفاع تكاليف الكهرباء (إن لم تكن من مصادر الطاقة المتجددة الفائضة)

النفقات الرأسمالية لأجهزة التحليل الكهربائي

خسائر الصيانة والكفاءة

لكي يتمكن الهيدروجين الأخضر من المنافسة، يجب أن تنخفض تكاليف أجهزة التحليل الكهربائي بشكل كبير - وأجهزة التحليل الكهربائي القلوية هي الرائدة في هذا المجال.

لماذا أجهزة التحليل الكهربائي القلوية (الك)؟

تُعد أجهزة التحليل الكهربائي القلوية من أقدم تقنيات التحليل الكهربائي وأكثرها تطورًا. وبالمقارنة مع بدائل مثل غشاء تبادل البروتون (PEM) وخلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب (SOEC)، تقدم ALK ما يلي:

1. خفض تكاليف رأس المال

لا توجد مواد باهظة الثمن: على عكس أجهزة التحليل الكهربائي PEM، والتي تتطلب البلاتين والتيتانيوم، تستخدم ALK أقطابًا كهربائية تعتمد على النيكل وإلكتروليتات قلوية سائلة (KOH أو NaOH)، مما يقلل من تكاليف المواد.

بناء أبسط: تعمل ALK عند ضغوط ودرجات حرارة أقل، مما يتجنب المكونات عالية الأداء باهظة الثمن.

2. عمر افتراضي أطول ومتانة

موثوقية مثبتة: غالبًا ما تتجاوز أنظمة ALK 60,000 إلى 100,000 ساعة من التشغيل مع الصيانة المناسبة.

حساسية أقل للشوائب: على عكس PEM، يتحمل ALK جودة المياه المتغيرة بشكل أفضل، مما يقلل من تكاليف المعالجة المسبقة.

3. قابلية التوسع للاستخدام الصناعي

إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع: تُستخدم أنظمة ALK بالفعل في مصانع الأمونيا ومصافي النفط، مستفيدة من اقتصاديات الحجم.

التوافق مع مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة: في حين تستجيب تقنية PEM بشكل أسرع للطاقة المتغيرة، تعمل تصميمات ALK الأحدث على تحسين المرونة.

الابتكارات الحديثة تؤدي إلى خفض التكاليف

على الرغم من أن ALK كانت متأخرة تقليديًا عن PEM في الكفاءة، إلا أن التطورات الأخيرة تعمل على سد الفجوة:

1. مواد الأقطاب الكهربائية المتقدمة

تعمل محفزات النيكل النانوية على تحسين الكفاءة، مما يقلل من استهلاك الطاقة.

تعمل تقنيات الطلاء على تعزيز المتانة، مما يؤدي إلى خفض تكاليف الاستبدال.

2. التشغيل الديناميكي لتكامل الطاقة المتجددة

تسمح تصميمات ALK الجديدة بتتبع الحمل بسرعة، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتقلبات طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

3. توسيع نطاق التصنيع

يؤدي الإنتاج الضخم لمكدسات ALK إلى تقليل التكاليف لكل وحدة.

4. الأنظمة الهجينة (ALK + PEM)

تجمع بعض المشاريع بين التكلفة المنخفضة لـ ALK واستجابة PEM، مما يؤدي إلى تحسين الأداء.

المستقبل: هل تستطيع شركة ALK جعل الهيدروجين الأخضر في متناول الجميع؟

مع استمرار البحث والتطوير والتوسع، يمكن للمحللات الكهربائية القلوية أن تُسهم في خفض تكلفة الهيدروجين الأخضر، مما يجعله منافسًا قويًا للهيدروجين الأحفوري. وتشمل الخطوات الرئيسية ما يلي:

✔ تحسينات إضافية في الكفاءة (الاستهداف <45 كيلوواط ساعة/كجم من الهيدروجين

✔ التصنيع الآلي لخفض تكاليف الإنتاج

✔ التكامل مع الطاقة المتجددة الرخيصة (على سبيل المثال، الطاقة الشمسية/طاقة الرياح الزائدة)

في حين أن أجهزة التحليل الكهربائي بتقنية غشاء التبادل البروتوني (PEM) غالبًا ما تخطف الأضواء بفضل كفاءتها العالية ومرونتها، إلا أن أجهزة التحليل الكهربائي القلوية تظل خيارًا اقتصاديًا فعالًا لإنتاج الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع. وبفضل الابتكارات المستمرة، يمكن أن تلعب ALK دورًا حاسمًا في جعل الهيدروجين النظيف في متناول الجميع، مما يُسرّع الانتقال إلى مستقبل طاقة خالٍ من الانبعاثات.