الأس الهيدروجيني والرقم الهيدروجيني المثالي للإنزيم

الأس الهيدروجيني (PH):
القياس الذي يحدد تركيز أيونات الهيدروجين الموجبة (H) في المحلول ليحدد ما إذا كان حمضياً (PH) أم قلوياً أم متعادلاً.

الرقم الهيدروجيني المثالي للإنزيم:
الأس الهيدروجيني الذي يعمل عنده الإنزيم بأقصى فعالية.

عاد الهيدروجين كمتجه للطاقة إلى الواجهة بسبب قدرته على دعم الانتقال إلى نظام الطاقة الخالية من الكربون المطلوب لتحقيق أهداف خفض الانبعاثات في اتفاقية باريس.

يمكن أن يساعد الهيدروجين المصنوع من الكهرباء المتجددة أو منخفضة الكربون على إزالة الكربون من تلك القطاعات التي كانت أقل قابلية للكهرباء، مثل النقل والتدفئة.

يمكن وصف الهيدروجين المنتج بهذه الطريقة كوقود "أخضر" صناعي وقد يستبدل جزئيًا أو يحل محل الوقود الأحفوري التقليدي في مزيج الطاقة.

اليوم، يتم إنتاج معظم الهيدروجين المستخدم، سواء في التطبيقات الصناعية أو كوقود نقل، عن طريق إصلاح غاز الميثان.

في تقرير "مستقبل الهيدروجين" الذي نشر في يونيو 2019، تقدر وكالة الطاقة الدولية (IEA) أن غالبية الهيدروجين المنتج يأتي من الوقود الأحفوري مع أقل من 0.7 في المائة من إنتاج الهيدروجين الحالي القادم من مصادر الطاقة المتجددة أو من مصانع الوقود الأحفوري مجهز باستخدام الكربون وتخزينه.

تقدر وكالة الطاقة الدولية أن هذه الصناعة في حد ذاتها تمثل 830 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا (MtCO2 / yr).

يمكن أن يقلل إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للمياه باستخدام كهرباء منخفضة الكربون من الانبعاثات في إنتاج الهيدروجين.

ولعل الاهتمام الأكبر هو قدرة الهيدروجين على المساعدة في إزالة الكربون من تلك القطاعات التي كان من الصعب كهربتها.

من المتوقع أن يتغير سوق الهيدروجين الأخضر أو ​​منخفض الكربون في السنوات القادمة حيث أن هناك إمكانية للتآزر بين الهيدروجين وإنتاج الطاقة المتجددة أو النووية.

ومع ذلك، لا تزال تكلفة إنتاج الهيدروجين منخفض الكربون حاجزًا كبيرًا.
تشير وكالة الطاقة الدولية إلى أن تكلفة الكهرباء هي التكلفة الوحيدة الأكثر أهمية في إنتاج الهيدروجين الكهربي.

وبالتالي فإن مصادر الطاقة الأرخص والمنخفضة الكربون تمثل فرصة.
كما يجب معالجة العوائق الأخرى، مع ذكر المعلقين تكلفة المحلل الكهربائي والحاجة إلى الحد الأدنى من ساعات العمل من أجل الجدوى الاقتصادية.

بمجرد إنتاجه، يمكن تخزين ونقل الهيدروجين منخفض الكربون، مما يجعله ناقل طاقة أكثر مرونة من الكهرباء.

تلاحظ وكالة الطاقة الدولية أن تطوير أسواق التخزين والنقل سيكون مهمًا إذا ظهرت سلاسل قيمة الهيدروجين الدولية واسعة النطاق.

يمكن تخزين الهيدروجين في الغاز المضغوط أو في شكل سائل، في الخزانات أو في التخزين الجيولوجي مثل كهوف الملح أو آبار الغاز المستنفد.

غالبًا ما يعتمد خيار التخزين المناسب على الأحجام المخزنة ومدة التخزين والجيولوجيا المتاحة.
التخزين كأمونيا ممكن أيضًا وقد يكون جذابًا بسبب كثافة الطاقة العالية.

تشمل خيارات النقل عبر الناقلات أو خط الأنابيب (ممزوج بغاز الميثان أو مخصص) أو عن طريق السفن.

الاستخدامات النهائية للهيدروجين متعددة وتشمل تطبيقات في القطاع الصناعي والنقل والتدفئة، وكذلك في قطاع الطاقة.

فيما يتعلق بالتطبيقات الصناعية، تفيد وكالة الطاقة الدولية أن الهيدروجين يستخدم في تكرير النفط (33 في المائة)، وإنتاج الأمونيا (27 في المائة)، وإنتاج الميثانول (11 في المائة)، وإنتاج الصلب من خلال الاختزال المباشر لخام الحديد (3 في المائة).

في المدى القصير إلى المتوسط، هناك إمكانية كبيرة لاستخدام الهيدروجين الأخضر في إنتاج الأمونيا لقطاع الأسمدة على وجه الخصوص.

يستهلك القطاع البالغ قيمته 250 مليار دولار أمريكي حاليًا 3 إلى 5 بالمائة من إنتاج الغاز الطبيعي العالمي ولديه بصمة كربون تبلغ 1.5 بالمائة من الانبعاثات العالمية.

يمكن للأمونيا، التي يتم إنتاجها باستخدام الكهرباء المتجددة في الموقع أو الطاقة المستمدة من مولد الطاقة المتجددة بموجب اتفاقية شراء الطاقة المتجددة للشركات لإنتاج الهيدروجين المطلوب، أن تقلل بشكل كبير من انبعاثات القطاع.

مع عدد أقل من أصحاب المصلحة والاعتماد الأقل على البنية التحتية المرتبطة، يمكن تطوير حلول الأسمدة الخضراء وتنفيذها بسرعة نسبية.
من المرجح أن يتطلب نشر الهيدروجين في قطاعي النقل والتدفئة تدخلًا أكبر في السياسات.

في قطاع النقل البري، تلاحظ وكالة الطاقة الدولية أن تخفيضات تكلفة تكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين (حيث يتم دمج الهيدروجين مع الأكسجين لإنتاج الكهرباء مع المنتج الثانوي الوحيد هو الماء) وبناء البنية التحتية للتزود بالوقود الهيدروجيني ستكون ضرورية للسوق من أجل طور.

وتشمل التحديات الوقت اللازم لاستبدال أسطول المركبات وحجم الطلب اللازم لتحقيق تخفيضات تكلفة التكنولوجيا اللازمة.
ومع ذلك، هناك إمكانية قوية لاستخدام الهيدروجين في النقل، ولا سيما في قطاع سوق المركبات الثقيلة.

من المحتمل أن تلعب السياسة والتنظيم دورًا مهمًا في تطوير البنية التحتية للتزود بالوقود الهيدروجيني، خاصة في المراحل الأولى من الاعتماد، عندما تكون مستويات الاستخدام منخفضة.

وتقدر وكالة الطاقة الدولية أن ما يقرب من 28 بالمائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المتعلقة بالطاقة العالمية ناتجة عن استخدام الطاقة في المباني.

يستخدم الهيدروجين على المدى القصير في التسخين عن طريق مزج الهيدروجين الأخضر بالغاز الطبيعي.

تستخدم التجارب مزيجًا يصل إلى 20٪ من الهيدروجين ولكن من المحتمل أن تكون تكاليف إنتاج الهيدروجين منخفض الكربون حاجزًا أمام التبني على نطاق أوسع دون تدخل في السياسة.

يعد تطوير تطبيقات الهيدروجين المباشرة في المباني، مثل غلايات الهيدروجين أو المولدات الدقيقة لخلايا الوقود، أكثر صعوبة بسبب عدد أصحاب المصلحة ونماذج الملكية المتنوعة.

هنا مرة أخرى، تلاحظ وكالة الطاقة الدولية أن أسعار الهيدروجين وتكاليف التكنولوجيا ستكون عوامل مهمة في اعتماد واسع النطاق.

في قطاع الطاقة، يقدم الهيدروجين فرصًا للمساعدة في توفير حلول تخزين الطاقة لأنظمة الكهرباء خارج الشبكة، وفي موازنة أنظمة الكهرباء، وتحويل العرض الزائد للطاقة الكهربائية مؤقتًا و / أو جغرافيًا.

حددت وكالة الطاقة الدولية عددًا من الاستخدامات النهائية للهيدروجين في قطاع الطاقة، بما في ذلك للاستخدام في خلايا الوقود أو في إطلاق غاز الهيدروجين أو الأمونيا بشكل مشترك لتوفير توليد مرن.

وجدت DNV GL في تقرير "الهيدروجين كحمل طاقة" في عام 2018 أن استخدام الهيدروجين لحلاقة الذروة، باستخدام التخزين على نطاق واسع وأنظمة توليد الطاقة الهيدروجينية القابلة للنشر التي يمكن نشرها عند الطلب، من غير المرجح أن تكون فعالة من حيث التكلفة.

هذا يرجع إلى خسائر كبيرة في الطاقة ينطوي عليها.
وجدت DNV GL أن كل MWh من طاقة الخرج تتطلب 3 MWh من طاقة الإدخال إلى المحلل الكهربائي، مما يعني أن عدد الساعات خلال عام عندما يكون الهيدروجين لحلاقة الذروة فعال من حيث التكلفة محدود.

لذلك، قد تكون الاستخدامات النهائية الأخرى للهيدروجين أكثر اقتصادية، وتتسائل عما إذا كان من الضروري إعادة تحويل الهيدروجين إلى كهرباء لوصفه بأنه تخزين للطاقة.