الطاقة والبيئة

ينتج فريق إمبريال كوليدج الهيدروجين من الطحالب

ينتج فريق إمبريال كوليدج الهيدروجين من الطحالب


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

[مصدر الصورة:رولاند تانجلاو ، فليكر]

الهيدروجين وقود نظيف للغاية يتم استخدامه بشكل متزايد كوقود للمركبات ولتوليد الكهرباء. تكمن المشكلة في كيفية إنتاجه بكفاءة دون توليد انبعاثات كربونية كبيرة وبتكلفة تنافسية. يبحث فريق من الباحثين في Imperial College حاليًا في المشكلة ويعتقدون أنهم يعرفون كيفية القيام بذلك.

مركبات خلايا الوقود

يمكن تزويد المركبات بخلية وقود الهيدروجين التي تحول الطاقة الكيميائية للهيدروجين إلى طاقة ميكانيكية. تقوم خلايا الوقود بذلك من خلال تفاعل كيميائي بين الهيدروجين والأكسجين والذي بدوره يدير محركًا كهربائيًا. تعد طريقة تشغيل المركبات هذه الآن جزءًا مهمًا من اقتصاد الهيدروجين الأوروبي.

في سبتمبر 2009 ، أجرت مجموعة أوروبية من الشركات والمنظمات الحكومية ومنظمة غير حكومية (NGO) دراسة حول سيارات الركاب بهدف تطوير قطارات طاقة بديلة ، أي تلك التي لا تعمل بشكل تقليدي باستخدام الوقود الأحفوري. بعض هذه الشركات لديها اهتمام خاص بتطوير المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود (FCEV) والهيدروجين ، جنبًا إلى جنب مع الاهتمام بتقنيات المركبات المتجددة الأخرى ، مثل السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات (BEVs) ، والمركبات الهجينة (PHEV) بديل لمركباتهم التقليدية التي تعمل بالوقود الأحفوري والتي تعمل بمحرك احتراق داخلي (ICE). الميزة الرئيسية لهذه الأنواع من المركبات هي أنه ، بمرور الوقت ، يمكن تطويرها كمركبات خالية تمامًا من الانبعاثات. لهذا السبب ، يشكل تطوير هذه المركبات جزءًا مهمًا من جهود إزالة الكربون التي تبذلها حاليًا البلدان في جميع أنحاء العالم.

أدت الاختراقات التكنولوجية في خلايا الوقود والأنظمة الكهربائية إلى زيادة الكفاءة والقدرة التنافسية من حيث التكلفة للمركبات الكهربائية والمركبات التي تعمل بخلايا الوقود في السنوات الأخيرة ، بحيث أصبحت الآن جاهزة للتسويق والإنتاج الضخم من أجل الاستفادة من وفورات الحجم. وضع الاتحاد الأوروبي الآن أهدافًا واقعية لإزالة الكربون من قطاع النقل بحلول عام 2050. وتشكل مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية جزءًا مهمًا من هذه الأهداف.

من المتوقع أن تنخفض تكلفة أنظمة خلايا الوقود بنسبة 70٪ بحلول عام 2025 ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى زيادة استخدام البنية التحتية للتزود بالوقود ووفورات الحجم. تمثل البنية التحتية للتزود بالوقود حوالي 5 في المائة من التكلفة الإجمالية لـ FCEVs ، أو ما بين 1000 يورو و 2000 يورو (703 جنيه إسترليني - 1407 جنيه إسترليني) للسيارة. وبالتالي تصبح قيمة FCEVs إيجابية بشكل متزايد بعد عام 2030 ، سواء من حيث التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) والانبعاثات. وبالتالي ، بدأت FCEV في الظهور بالفعل في سوق السيارات الأوروبية.

كيفية انتاج الهيدروجين

لا يوجد الهيدروجين بشكل طبيعي ، على الرغم من أنه ناقل للطاقة. الغالبية العظمى من المخزونات الحالية مصنوعة من الميثان. الإنتاج من مصادر الطاقة المتجددة قابل للتطبيق ولكنه مكلف. علاوة على ذلك ، عند إنتاجه من الغاز الطبيعي ، يكون للهيدروجين كثافة انبعاث عالية.

في محاولة لمعالجة هذه المشكلات ، بدأ الباحثون في إمبريال كوليدج في لندن بالمملكة المتحدة الآن في النظر إلى الطحالب كوسيلة لإنتاج الهيدروجين بمساعدة الشمس. تعد الطحالب واحدة من أقدم الكائنات الحية على هذا الكوكب ، حيث كانت موجودة على الأرض منذ مليارات السنين. تقوم الطحالب بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة بكفاءة عالية ، وتنتج الهيدروجين كجزء من العملية.

قال بونجساثورن ديكاتيونجسي ، طالب دكتوراه في إمبريال كوليدج: "لا أعتقد أنه كان بإمكاننا طلب نقطة انطلاق أفضل". "لقد قدمت الطبيعة مخططًا رائعًا وإذا تمكنا من تسخير العملية ، نحصل على طاقة نظيفة ومتجددة."

يدرس بونجساثورن في مجموعة هندسة التفاعل والتكنولوجيا التحفيزية التابعة لكلية إمبريال كوليدج ، وهو فريق متعدد التخصصات من العلماء الذين يبحثون في الكيمياء والهندسة الكيميائية وعلوم المواد. الهدف من المجموعة هو تصور وتصميم وبناء ونمذجة وتوصيف ومراقبة وتحسين المحفزات والمفاعلات والعمليات الخاصة بالتخليق الكيميائي والوقود وتحويل الطاقة ومعالجة النفايات السائلة والنفايات والمحفزات المستهلكة. تستخدم النمذجة الحاسوبية كجزء مهم من دراساتها التجريبية المتقدمة. يبحث بونجساثورن بنفسه في تصميم وبناء آلات تستخدم الطحالب كجزء من مفاعل حيوي ينتج الهيدروجين. ومع ذلك ، فإن المشكلة تكمن في كيفية القيام بذلك على نطاق صناعي ، ولهذا السبب ، فهو مهتم بشكل خاص بكل من الآليات الأساسية لهذه العملية والظروف المطلوبة لكي تعمل الطحالب بشكل فعال.

وأضاف بونجساثورن: "إنه يشبه سير العمل ونحتاج إلى معرفة كل خطوة وما يمكن أن يسرعها أو يبطئها". "لن تصدق الفرق الذي يمكن أن تحدثه التغييرات الطفيفة في شكل الحاوية."

لسوء الحظ ، فإن الظروف المثالية لإنتاج الهيدروجين سامة للطحالب ، مما يعني أن معظم الأنظمة لها عمر محدود. سيكون الحل لهذا هو الاستمرار في تغذية الطحالب في النظام ، لكن هذا يتطلب تدخلًا يدويًا مستمرًا.

أم هو كذلك؟

كان بونجساثورن يبحث عن نظام به مفاعلان حيويان ، أحدهما مناسب لنمو الطحالب والآخر مناسب لإنتاج الهيدروجين. الحيلة بعد ذلك هي التأكد من أن النظام الثاني يتغذى على الطحالب بنفس معدل تموت الطحالب. من خلال تحقيق ذلك ، نجح فريق إمبريال كوليدج في الحفاظ على معدل موثوق به لإنتاج الهيدروجين المستمر ، ولكنه عمل موازنة دقيق للغاية. حتى الآن ، تمكن الفريق من الحفاظ على إنتاج الهيدروجين لمدة 31 يومًا متتاليًا ، مما أدى إلى إنتاج هيدروجين يزيد بمقدار ستة أضعاف عن المفاعل ذي الغرفة الواحدة.

يعتزم الفريق الآن توسيع نطاق العملية من مرحلة المختبر الحالية إلى نظام خارجي. في الوقت الحاضر ، يحاولون تطوير مفاعل حيوي بأكياس بلاستيكية يمكن وضعه على بعض أسطح المنازل في حرم إمبريال كوليدج في جنوب كنسينغتون. وقد نشروا أيضًا نتائج أبحاثهم ، حتى الآن ، في مجلة Algal Research.


شاهد الفيديو: الحصول على الوقود الحيوى من الطحالب (ديسمبر 2022).