أصبح التنقل باستخدام الهيدروجين استعمالًا حاسمًا للغازات الصناعية، وأحدث ثورة في قطاع النقل من خلال تقديم بديل نظيف وفعال ومستدام عن الوقود الأحفوري. ومع تكثيف الجهود العالمية للحد من انبعاثات الكربون، يكتسب الهيدروجين زخمًا وشعبية كعامل تمكين رئيسي لحلول النقل العديمة الانبعاثات، لا سيما للنقل بالشاحنات لمسافات طويلة، والنقل بالسكك الحديدية والشحن البحري والطيران. ولا يؤدي استخدام الهيدروجين الصناعي في تطبيقات التنقل إلى تقليل انبعاثات غازات الدفيئة فحسب، بل يعزز أيضًا أمن الطاقة ويدعم تطوير اقتصاد قائم على الهيدروجين. يستكشف هذا المقال دور الهيدروجين في المركبات العاملة بخلايا الوقود، والنقل الثقيل، والتنقل بالسكك الحديدية والبحرية، والبنية التحتية للتزود بالوقود، بالإضافة إلى فوائده الاقتصادية والبيئية.

العلم وراء التنقل باستخدام الهيدروجين

يعتمد التنقل القائم على الهيدروجين بشكل أساسي على خلايا وقود الهيدروجين أو محركات احتراق الهيدروجين، وكلاهما يتيح تحويل الطاقة النظيفة لأغراض النقل. تستخدم المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود الهيدروجيني غاز الهيدروجين والأكسجين في تفاعل كهروكيميائي داخل خلية وقود لتوليد الكهرباء، ما ينتج بخار الماء فقط كمنتج ثانوي. تختلف هذه العملية عن المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات والتي تخزن الطاقة الكهربائية في بطاريات الليثيوم أيون، حيث توفر خلايا الوقود إمكانية القيادة لمسافات أطول، وأوقات أسرع لإعادة التزود بالوقود، وملاءمة أفضل للاستعمالات الثقيلة.

يتم تخزين الهيدروجين بشكل مضغوط أو مسال ويتم تسليمه من خلال بنية تحتية مخصصة للتزود بالهيدروجين. وبخلاف محركات الاحتراق الداخلي التقليدية، تتمتع خلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين بكفاءة أعلى وانبعاثات صفرية، ما يجعلها بديلًا مثاليًا للقطاعات التي تتطلب كثافة طاقة عالية وقدرات سريعة للتزود بالوقود.

المركبات العاملة بخلايا الوقود الهيدروجيني

يزداد اعتماد تقنية خلايا الوقود الهيدروجيني في سيارات الركاب وحافلات النقل العام وشاحنات الشحن الثقيلة. تستفيد هذه المركبات من المدى الممتد، والتزود السريع بالوقود، وتخزين الهيدروجين الخفيف الوزن مقارنة بالبدائل الكهربائية التي تعمل بالبطاريات. وقد طورت شركات تصنيع السيارات الرائدة مركبات تجارية تعمل بالهيدروجين، بينما تستثمر العديد من شركات الخدمات اللوجستية والنقل في شاحنات الهيدروجين لعمليات الشحن لمسافات طويلة.

مزايا الهيدروجين في النقل البري:

• انبعاثات صفرية – ينتج بخار الماء فحسب، ما يقلل من تلوث الهواء.

• تزود سريع بالوقود – يتم تزويد المركبات التي تعمل بالهيدروجين بالوقود في غضون 3-5 دقائق، فيما يستغرق شحن البطاريات بالكهرباء ساعات طويلة.

• مسافات أطول – تتيح خلايا الوقود الهيدروجيني استخدام المركبات لمسافة 400-600 كم لكل خزان، ما يجعلها مناسبة للنقل لمسافات طويلة.

محرك احتراق الهيدروجين

يعد دمج محرك الاحتراق الهيدروجيني في البنية التحتية الحالية للنقل أمرًا بسيطًا نسبيًا لأنه يعتمد على تكنولوجيا محرك الاحتراق الداخلي التقليدية فيما يقدم بديلًا أنظف ومنخفض الانبعاثات عن الوقود الأحفوري. وعلى عكس خلايا وقود الهيدروجين التي تتطلب بنيات جديدة كليًا للمركبات، يمكن تكييف محركات البنزين أو الديزل التقليدية لتصبح محركات احتراق هيدروجيني من خلال إدخال تعديلات على طريقة حقن الوقود وتوقيت الإشعال وأنظمة التخزين. كما يمكن تخزين الهيدروجين وتوصيله باستخدام شبكات توزيع الوقود الحالية، ما يقلل من الحاجة إلى بنية تحتية جديدة تمامًا للتزود بالوقود. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا إلى أن محركات احتراق الهيدروجين تعمل بشكل مشابه للمحركات التقليدية، يمكن دمجها في عمليات التصنيع الحالية وتصاميم المركبات السائدة، ما يجعلها حلًا عمليًا للقطاعات التي تتطلع إلى الانتقال إلى طاقة أنظف بدون إصلاح مركباتها بالكامل. وبفضل سهولة التكامل هذه، تعدّ محركات احتراق الهيدروجين خيارًا جذابًا لأن الاعتماد السريع للحلول التي تعمل بالهيدروجين مهمٌ جدًا لتقليل الانبعاثات مع الحفاظ على الكفاءة التشغيلية.