مشروع جديد في كيمنتس: التحليل الكهربائي المستدام للهيدروجين الأخضر!

مشروع جديد في كيمنتس: التحليل الكهربائي المستدام للهيدروجين الأخضر!

تعد جامعة كيمنتس للتكنولوجيا جزءًا من مشروع مشترك مبتكر لتطوير تقنيات التحليل الكهربائي للمياه، والذي يسمى "تطوير التحليل الكهربائي للمياه الخالية من الفلور (FFWD)". يجمع هذا المشروع، بتمويل من الوزارة الاتحادية للتعليم والبحث، العديد من الشركاء المهمين، بما في ذلك جامعة فرايبورغ، وجامعة لورين، والشركة الناشئة ionysis، وشركة تصنيع المحلل الكهربائي Elogen. الهدف الرئيسي هو تطوير أغشية بوليمر حمضية خالية من الفلور للمحللات الكهربائية واسعة النطاق، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في إنتاج الطاقة.

تعتمد المحللات الكهربائية الحالية عادةً على مادة Nafion، وهي مادة تنتمي إلى المواد الأليفاتية المتعددة والبيرفلورية (PFAS). وهذه المواد ضارة بالبيئة لأنها شديدة الاستقرار وتتراكم في البيئة. وفي ضوء اللوائح المخطط لها، أصبحت الحاجة إلى تطوير بدائل خالية من الفلور ملحة بشكل متزايد. يسلط البروفيسور الدكتور مايكل سومر من جامعة كيمنتس للتكنولوجيا الضوء على التحديات التي تأتي مع تطوير مواد جديدة ذات خصائص مماثلة.

تطوير أغشية مبتكرة

يهدف مشروع "H2Giga Project MEA الخالي من الفلورين" إلى تطوير وحدات أقطاب كهربائية غشائية خالية من الفلور (MEAs) فعالة من حيث التكلفة للتحليل الكهربائي للمياه. يشمل شركاء التعاون شركة Fumatech BWT GmbH وجامعة فرايبورغ. وتعتمد هذه التكنولوجيا على استخدام البوليمرات ويعتبر المشروع أساسياً لإنتاج الهيدروجين الأخضر.

تتكون المواد الغشائية الشائعة من أحماض البيرفلوروسلفونيك، والتي توفر ثباتًا عاليًا ولكن لها عيوب مثل نفاذية الغاز العالية والتلوث البيئي المرتبط بها. تعد المواد الغشائية الجديدة المعتمدة على الهيدروكربونات الخالية من الفلور بمزايا هنا: وتشمل هذه، من بين أمور أخرى، استقرارًا أكبر عند درجات حرارة أعلى من 80 درجة مئوية، وانخفاض نفاذية الغاز، وإنتاج أكثر صداقة للبيئة وربما أكثر فعالية من حيث التكلفة. والهدف هو تطوير اتفاقيات بيئية متعددة الأطراف قوية باستخدام تقنيات قابلة للتطوير.

استخدام تقنيات الهيدروجين المستدامة

يعد إنتاج الهيدروجين المستدام عنصرًا أساسيًا في تحول الطاقة. تقوم عمليات التحليل الكهربائي بتفكيك الماء إلى هيدروجين (H₂) وأكسجين (O₂) وتتطلب طاقة كهربائية، ويفضل أن تكون من مصادر متجددة، لإنتاج الهيدروجين الأخضر. تشمل تقنيات التحليل الكهربائي المختلفة التحليل الكهربائي القلوي، والتحليل الكهربائي PEM، والتحليل الكهربائي للغشاء القلوي، والتحليل الكهربائي عند درجة الحرارة العالية.

يعتبر التحليل الكهربائي PEM ديناميكيًا بشكل خاص وله كثافة تيار عالية وتصميم مضغوط، ولكنه يتطلب مواد قوية ومعادن ثمينة باهظة الثمن. ولزيادة كفاءة تقنيات التحليل الكهربائي بحلول عام 2050، فإن الهدف هو تحقيق تحسن بنسبة 12٪. يعتبر التحليل الكهربائي بغشاء التبادل الأنيوني (AEMEL) تقنية واعدة توفر درجة أقل من الأهمية للمواد وفرصًا للقياس.

باختصار، يمكن ملاحظة أن التطورات في مجال المواد الغشائية الخالية من الفلور ليست أكثر ملاءمة للبيئة فحسب، ولكنها أيضًا أساسية للتحول إلى نظام طاقة مستدام. ومن خلال مشاريع مثل FFWD وH2Giga، يتم اتخاذ خطوة مهمة نحو إنتاج الهيدروجين بكفاءة وصديقة للبيئة. تهدف ألمانيا إلى الوصول إلى 44 جيجاوات من قدرة التحليل الكهربائي بحلول عام 2030، مما يؤكد أولوية تطوير وتنفيذ أساليب مبتكرة لإنتاج الهيدروجين.