يعتبر وقود الهيدروجين -أو ما يعرف بالهيدروجين الأخضر- مصدرا من مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة التي يمكنها أن تساعد في تقليل انبعاثات الكربون وخفض الاعتماد على الوقود الأحفوري.
ويمكن استخدام الهيدروجين كوقود من خلال خلايا الوقود الهيدروجينية، وذلك لتشغيل المركبات وتوليد الكهرباء وتدفئة المباني، عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية للهيدروجين إلى طاقة ميكانيكية.
وتعتمد صناعة وقود الهيدروجين على تحليل الماء الذي يتكون من ذرّة أكسجين مركزية ترتبط بها ذرّتا هيدروجين على طرفيها، وهي الطريقة الشائعة حيث تنقسم ذرة الماء إلى هيدروجين وأكسجين، ويتم تبخير الأكسجين في أثناء عملية التحليل.
وتعتبر الميزة الأساسية لوقود الهيدروجين في كون المنتج الثانوي الوحيد هو بخار الماء، وليس ثاني أكسيد الكربون -كما في الوقود الأحفوري- مما يجعله صديقا للبيئة وبديلا عن مصادر الوقود الأحفوري.
ورغم الأهمية البيئية لاستخدام وقود الهيدروجين، فإن عملية إنتاجه ما زالت تعتمد على الوقود الأحفوري، مما يؤدي إلى انبعاثات كربونية، إذ تتطلب العملية التقليدية للإنتاج مصدرا للطاقة عادة ما يأتي من خلال حرق الوقود الأحفوري -مثل الغاز الطبيعي- مما يجعله صديقا للبيئة في حالته الاستهلاكية فقط، ومتسببا بأثر بيئي سلبي في مرحلة الإنتاج.
هيدروجين وغرافين من البلاستيك
توصّل باحثون في مختبر بجامعة رايس الأميركية إلى طريقة لإنتاج الهيدروجين من النفايات البلاستيكية باستعمال تقنية منخفضة الانبعاثات الكربونية، وذلك لتجاوز التأثيرات السلبية في عملية إنتاج وقود الهيدروجين.
كما أدت الطريقة الجديدة التي توصل إليها العلماء، إلى توليد مادة الغرافين أيضا كمنتج ثانوي.
وحسب البيان الصادر من جامعة رايس، فإن هذه العملية تتم من خلال تبخير الهيدروجين الموجود في البلاستيك لإنتاج الغرافين، وهي مادة خفيفة للغاية ومتينة تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون.
وفي هذا الصدد، يقول كيفن ويس المؤلف الرئيسي للدراسة التي نشرت في دورية إذفانسيد ماتيريلز “قمنا بتحويل نفايات البلاستيك -بما في ذلك نفايات البلاستيك المختلطة التي لا يلزم فرزها حسب النوع أو غسلها- إلى غاز هيدروجين عالي الإنتاجية وغرافين عالي القيمة”.
وأوضح ويس أنه “إذا بيع الغرافين المنتَج بسعر 5% فقط من القيمة السوقية الحالية -أي خصم بنسبة 95% على البيع- فإن ذلك يعني أننا سنتمكن من إنتاج الهيدروجين النظيف مجانا”.
كيف تعمل التقنية الجديدة؟
قام الباحثون بتعريض عينات النفايات البلاستيكية لتسخين سريع لمدة 4 ثوان تقريبًا، مما رفع درجة حرارتها إلى 3100 درجة كلفن (ما يعادل 830 درجة مئوية تقريبًا) ، مما أدى إلى تبخير الهيدروجين الموجود في البلاستيك، وترسب مادة الغرافين.
وفي أثناء التجارب، استطاع العلماء ملاحظة أن التسخين الكهربائي السريع يصدر عنه إنتاج كثير من الغازات المتطايرة وانطلاقها خارج المفاعل، مما دفعهم للتساؤل عن ماهيتها، والاشتباه في كونها مزيجا من الهيدروكربونات الصغيرة والهيدروجين، واستلزم أجهزة أدق لإجراء الدراسة اللازمة لفهم التركيبات الدقيقة للغازات المنبعثة.
ويقول ويس ” نعلم أن البولي إيثيلين بوليثيلين هو أحد الأنواع الرئيسية للبلاستيك واللدائن، ويتكون من 86% كربون و14% هيدروجين، كما أثبتنا أننا قادرون على استعادة ما يصل إلى 68% من هذا الهيدروجين الذري كغاز بنقاء 94%”.
وأضاف أن “تطوير الأساليب والخبرات لتوصيف وقياس جميع الغازات -بما في ذلك الهيدروجين الذي تنتجه هذه الطريقة- كانت عملية صعبة، لكنها مجدية بالنسبة لنا، وبالتالي فقد كنا سعداء لأن التقنيات التي تعلمناها واستخدمناها في هذا العمل -وتحديدا تقييم دورة الحياة واللون للغاز- يمكن تطبيقها على مشاريع أخرى في مجموعة اختباراتنا”.
ويأمل العلماء أن يسمح هذا العمل بإنتاج الهيدروجين النظيف بكميات تجارية من نفايات البلاستيك، مما يؤدي إلى حل مشكلة التلوث البلاستيكي، والحد من غازات الدفيئة المكثفة التي تنتج عند صناعة الهيدروجين بواسطة الطرق والمصادر التقليدية، وأبرزها طريقة تقسيم المياه التي تستخدم فيها كمية من الوقود الأحفوري.
