يراهن العديد من كبرى الشركات على السيارات الهيدروجينية، بوصفها بديلًا فاعلًا للوقود الأحفوري في ظل المساعي المستمرة لخفض انبعاثات قطاع النقل.

إلّا أن دراسة حديثة حصلت منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن) على نسخة منها، كشفت حقائق مهمة حول مدى كفاءة استعمال الهيدروجين في مختلف قطاعات النقل، سواء البري أو البحري أو الجوي.

وقارنت الورقة العلمية الجديدة من أكاديميين في جامعة ميشيغان، بين خسائر الطاقة عبر سلسلة القيمة عند استعمال البطاريات والهيدروجين والوقود الاصطناعي، لتشغيل المركبات على الطرق والقطارات والسفن والطائرات.

وتوصف الدراسة بأنها الأولى "التي تحسب كفاءة النظام الشاملة باستعمال الكهرباء المتجددة بوصفها مصدر طاقة أساسيًا لجميع مدخلات الطاقة طوال العمليات (مثل نقل الهيدروجين، وحرارة العملية لإنتاج الوقود الاصطناعي، والتقاط الكربون مباشرة من الهواء)".

هل السيارات الهيدروجينية أكثر كفاءة؟

في سبيل البحث عن مدى كفاءة السيارات الهيدروجينية، اتّضح أن قطاع النقل كان مسؤولًا عن نحو 22% من انبعاثات الكربون العالمية، و37% من انبعاثات الكربون في الولايات المتحدة من احتراق الوقود الأحفوري في عام 2022.

ووفق الدراسة التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، يُمكن أن يساعد الهيدروجين المنتج عن طريق التحليل الكهربائي للمياه باستعمال الكهرباء المتجددة في إزالة الكربون من النقل، سواء بشكل مباشر في خلية الوقود أو المحرك، أو بشكل غير مباشر بوصفه وقودًا اصطناعيًا.

ومع ذلك، فإن عدم كفاءة النظام خلال إنتاج الهيدروجين أو الوقود الاصطناعي وتخزينه ونقله وتوزيعه واستعماله، يؤدي إلى خسارة ما يقرب من 80-90% من مدخلات الطاقة الكهربائية الأولية.

وقيّمت الدراسة كفاءة الطاقة وكثافة مسارات الهيدروجين في النقل البري والجوي والبحري، وعملت على حساب الكفاءة الحالية (2019) والمستقبلية (2035)، باستعمال الكهرباء المتجددة مصدرًا أساسيًا لجميع مدخلات الطاقة، مع مقارنة النتائج بخيارات البطارية.

وأظهرت النتائج أن وسائل النقل التي تعمل بالطاقة الكهربائية أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة حاليًا بنحو 3-8 مرات من بدائل الهيدروجين.

وسيتطلب تشغيل جميع وسائل النقل في الولايات المتحدة بالهيدروجين الأخضر 10 أضعاف الكهرباء المتجددة المنتجة حاليًا، و3-4 أضعاف أكثر مما هو متوقع في عام 2035.

كما أن استعمال الهيدروجين الأخضر لتشغيل الشاحنات سيتطلّب 4 أضعاف الطاقة المتجددة التي تتطلبها الشاحنات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات لتوفير كمية الطاقة نفسها عند العجلات.

وتتطلب السيارات العاملة بالهيدروجين الأخضر ما يقرب من 3 أضعاف الطاقة المتجددة مقارنةً بالمركبة الكهربائية التي تعمل بالبطاريات، بحسب الدراسة التي نشرتها مجلة "جول" (Joule).

الهيدروجين والوقود الاصطناعي

بسبب عدم كفاءة إنتاج الهيدروجين أو الوقود الاصطناعي، والتخزين، والنقل، والتوزيع، والاستعمال، ذكرت الدراسة أن توفير وحدة واحدة من الطاقة للعجلات أو الدفع يتطلب 4.5-6.7 وحدة (هيدروجين مباشر) و7.3-11.9 وحدة (وقود اصطناعي) من مدخلات الكهرباء المتجددة الأولية، مقارنةً بـ1.4-1.9 وحدة لمسارات الكهربة (البطارية).

كما سلّطت الدراسة الضوء على أوجه القصور الرئيسة في كل مسار، والتي تهيمن عليها الخسائر في التحليل الكهربائي، والتسييل، وإنتاج الوقود الاصطناعي، والتقاط الكربون مباشرةً من الهواء، وتشغيل خلايا الوقود والمحركات.

وتوصلت الدراسة إلى أن كهربة جميع وسائل النقل بالكهرباء المتجددة تتطلب استثمارات كبيرة في قدرة التوليد، ما يعني أنه يجب إعطاء الأولوية لتوسيع نطاقها.

ووفق المعلومات التي رصدتها منصة الطاقة، فإن المركبات الكهربائية (خاصةً الخفيفة)، والطائرات (أقل من 200 ميل)، والسفن (قصيرة المسافة)، والسكك الحديدية (حيث تتوفر البنية التحتية للكهرباء)، متفوقة من حيث الطاقة على الخيارات القائمة على الهيدروجين، بوصفها حلولًا لإزالة الكربون من وسائل النقل.

وشددت الدراسة على أن مصادر الكهرباء المتجددة غير كافية لدعم إنتاج الهيدروجين للمركبات الخفيفة، ما يمثّل تحديًا يواجه السيارات الهيدروجينية.

ومن ثم، يجب استعمال الهيدروجين بشكل إستراتيجي، ويُمكن أن يؤدي دورًا في الحافلات على الطرق الطويلة، والشاحنات الثقيلة طويلة المدى، والسكك الحديدية طويلة المدى، والسفن البحرية، والطائرات (أكثر من 200 ميل)، حيث تكون الكهربة مقيدة بالحمولة والمدى.

كما توصلت الدراسة إلى أن الوقود الاصطناعي القائم على الكربون جذاب بسبب كثافته العالية من حيث الطاقة وسهولة التعامل معه وتوافقه مع المركبات الحالية والبنية الأساسية للتزويد بالوقود، ولكن من منظور كفاءة الطاقة، فهو أقل جاذبية من مسارات الهيدروجين المباشرة.

وأشارت الدراسة إلى أن مستقبل الهيدروجين يعتمد على تحسين الكفاءة في التحليل الكهربائي وتقنيات خلايا الوقود والتخزين، وتكاليف إنتاج الهيدروجين، والاستثمار في البنية الأساسية للتزويد بالوقود، وتقييم الفوائد المشتركة الأخرى لمنع تلوث الهواء، والمنافسة على قدرة الكهرباء المتجددة من قطاعات البناء والطاقة الكهربائية والصناعة.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..