كيف يمكن استخدام خردة الألمنيوم لتوليد الهيدروجين!

Pixabay ©

قدم باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) طريقة بسيطة لتوليد وقود الهيدروجين باستخدام خردة الألمنيوم والمياه – متى وأينما دعت الحاجة إليه.

أصبح من المعروف لدى الجميع أنه من الممكن استخدام وقود الهيدروجين في المحركات و لتخزين الكهرباء المولدة بالطاقة المتجددة لفترة طويلة. ولكن مازالت هناك بعض التحديات في إنتاج الهيدروجين و هي الاعتماد على طرق و مكونات تعتمد على الوقود الأحفوري بشكل أساسي اثناء عملية تصنيع المكونات. بالإضافة إلى أنه غالبا ما نحتاج لنقل الهيدروجين من موقع إنتاجه (محطات الطاقة المتجددة) إلى مواقع الاستخدام التي قد تكون بعيدة بشكل كبير من محطات الطاقة المتجددة المخصصة لإنتاج الهيدروجين وهذا مايجعله يمثل تحديا لوجستيا في معظم الأحيان.

وبسبب أن العالم كله يتوجه لتقليل الاعتماد على مصادر الوقود الأحفوري لتقليل انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون ، يقوم العديد من الباحثين بالتركيز على إيجاد طرق أكثر استدامة في تصنيع الهيدروجين بالإضافة إلى إيجاد طرق سهلة تمكن استخدامه على نطاق أوسع و في قطاعات مختلفة.

ولهذا قدمت الدكتورة لورين مروح مع البروفيسور دوغلاس هارت والبروفيسور توماس إيجر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، طريقة مثيرة للدهشة لإنتاج الهيدروجين: وذلك عبر تفاعل الألومنيوم مع الماء. وذلك كون الألمنيوم معدن يتفاعل بسهولة مع الماء عند درجة حرارة الغرفة و ينتج عن هذا التفاعل هيدروكسيد الألومنيوم و غاز الهيدروجين.

الجدير بالذكر أن هناك مشكلتان رئيسيتان منعتا من استخدام الألمنيوم كمصدر آمن واقتصادي لتوليد الهيدروجين.

المشكلة الأولى هي أن الألمنيوم يتفاعل بسهولة كبيرة مع الأكسجين الموجود في الهواء الطلق مما يشكل طبقة من أكسيد الألمنيوم والتي تعمل على تغطية سطح الألمنيوم الخام بشكل تلقائي مما يمنعه من التلامس المباشر مع الماء لتحقيق التفاعل الذي تحدثنا عنه سابقا. فلذلك ، لكي يحدث تفاعل الألمنيوم مع الماء بسهوله فأننا نحتاج ببساطة إلى التأكد من أن سطح الألمنيوم نقي وخالي من طبقة الأكسيد لضمان حدوث هذا التفاعل ولإنتاج الهيدروجين.

المشكلة الثانية هي أن الألمنيوم النقي يستهلك الكثير من الطاقة للتعدين و التنقية الأمر الذي يجعل هذه الطريقة غير صديق للبيئة.

لذلك يفضل الباحثون استخدام خردة الألومنيوم (التي تكون عادةً في شكل سبيكة) بحيث يتم خلط خردة الألومنيوم مع عناصر أخرى مثل السيليكون والمغنيسيوم لإعطاء خصائص إضافية مثل القوة ومقاومة التآكل. و كذلك لمنع التصاق طبقة الأكسيد على سطح الألومنيوم.

و لتعزيز الكفاءة قام الفريق أيضا بطلاء خردة الألومنيوم بمزيج سهل الانصهار من مادتي الغاليوم والإنديوم. حيث أن الخليط لديه قدرة على البقاء في الحالة السائلة عند درجة حرارة الغرفة ويتمتع أيضا بقدرته على اختراق أكسيد الألومنيوم والسماح بإنتاج الهيدروجين ونفوذه.

Spring 2021 ©

شكل توضيحي لتركيب الهيكلي للألومنيوم والطلاء

ولقد تميز هذا الابتكار بأمور عديدة أهمها هو أنه لا حاجة لاستخدام أي مصدر من مصادر الطاقة لانصهار الغاليوم والإنديوم كونها تنصهر بسهولة على الألومنيوم وتمكنه أيضا من التخلص من طبقة الأكسيد الذي تعيق تفاعله مع الماء. فلذلك بمجرد تنشيط الألومنيوم يمكننا إسقاطه في الماء وسيقوم مباشرة بتولد الهيدروجين. ومن أحد أهم المميزات لهذا الطلاء هو أنه بالرغم من أنه سهل الانصهار لكنه لا يتفاعل كيميائيًا مع الألومنيوم. بالإضافة إلى أنه يمكننا استعادة الغاليوم والإنديوم واستخدامهما مرة أخرى بسهولة وهي ميزة فريدة لهذه التقنية كون عنصر الغاليوم والإنديوم من العناصر الثمينة والمكلفة.

ختاما

هذه الطريقة لتوليد الهيدروجين ستمكن من استخدام الألمنيوم كمصدر للهيدروجين و تخزينه ونقله بأمان  و كذلك بكثافة أكبر بعشرة أضعاف مما لو قمنا بتخزينه كغاز مضغوط. كما أنها لن تولد أي انبعاثات مضرة للبيئة ويمكن استخدامها في أي مكان تتوفر فيه المياه.

لمزيد من التفاصيل تابع المقالة العلمية

Using aluminium and water to make clean hydrogen fuel—when and where it’s needed