اليابان تقود ثورة عالم السيارات الهيدروجينية في العالم

كيكّاوا تاكيؤ [نبذة عن الكاتب]

[13/05/2015] اقرأ أيضاًENGLISH | 日本語 | 简体字 | 繁體字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL | Русский |

أصبح الهيدروجين من أكثر أنواع الطاقة الخضراء الواعدة التي يتطلع إليها العالم منذ وقت طويل، لكونه لا يتسبب في انبعاثات ضارة. ولكن صعوبات النقل والتخزين لهذا الغاز شديد التطاير وبطء عملية تطوير البنية التحتية اللازمة تعتبر عوامل أدت إلى توقف التقدم نحو استخدام الهيدروجين في مجال الطاقة حتى وقت قريب. لكن ٢٠١٤ كان عاما حافلا بالانجازات في مجال الطاقة الهيدروجينية في اليابان. في هذا المقال يتحدث لنا خبير في هذا الموضوع عن الآمال المستقبلية للهيدروجين ...

التطور الذي طال انتظاره في مجال الطاقة الهيدروجينية

وأخيرا شهد عام ٢٠١٤ تطوراً حقيقياً وملموساً نحو استخدام الطاقة الهيدروجينية. ففي يونيو/حزيران، وضع مجلس استراتيجيات استخدام خلايا الوقود والهيدروجين بوزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة ”خريطة الطريق الاستراتيجية للهيدروجين وخلايا الوقود“. وفي نوفمبر/تشرين الثاني، جاءت الخطوة الكبيرة في أهداف حكومة العاصمة التي قامت بتقديم قائمة بالإجراءات المادية واعتمادات الموازنة العامة اللازمة لتحقيق مجتمع يعتمد على الطاقة الهيدروجينية ”مجتمع هيدروجيني“ بحلول الألعاب الأولمبية والبارالمبية طوكيو ٢٠٢٠. وقد أكدت هوندا وتويوتا موتورز على خطط لطرح سيارات تعمل بخلايا وقود الهيدروجين بالأسواق بحلول نفس الوقت تقريباً. كما أعلنت شركة إيواتاني وشركة جي إكس نيبون أويل والطاقة أيضاً عن أسعار بيع الهيدروجين في المحطات. فيبدو أن جميع التروس بدأت في التحرك معاً تجاه الطاقة الهيدروجينية.

وتتزعم اليابان بالفعل العالم في تنفيذ تكنولوجيا خلايا الوقود الهيدروجينية. ففي ٢٠٠٩ اتحدت باناسونيك مع طوكيو غاز وأصدرا Ene-Farm وهو منتج يعمل بخلايا وقود كهروكيميائية لتوليد الطاقة في المنازل. وفي ديسمبر ٢٠١٤ كشفت تويوتا أيضا عن أول سيارة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين في الأسواق، الاختراع الذي جذب الكثير من الاهتمام الإعلامي.

٥ الفوائد المحتملة

يمكن تلخيص الفوائد العظمى المحتملة من استخدام الطاقة الهيدروجينية في ٥ نقاط رئيسية.

أولا، يعتبر الوقود الهيدروجيني وقود ”نظيف“ لأن استخدام الهيدروجين كوقود لا ينتج عنه إنبعاثات ثاني أكسيد الكربون أو غيره من الغازات الدّفيئة الأخرى (المنتوج الثانوي الوحيد هو الماء النقي). ولكن تقتصر ميزة كونه وقود نظيف صديق للبيئة على الاستخدام الفعلي للهيدروجين فقط، وليس على مرحلة إنتاجه الأولية. لأن استخدام الوقود الحفري في إنتاج الهيدروجين يبطل هذه الميزة. لذا فإن إنتاج الهيدروجين باستخدام مصادر الطاقة المتجددة هو الخيار الأفضل من أجل جني الفوائد البيئية كاملة.

ثانيا، تعتبر خلايا وقود الهيدروجين هي الطاقة الأكثر كفاءة، لأن خلايا الوقود تعمل بصفة مستمرة مما لا يسبب فقدان للطاقة. في الوقت الحالي هناك حوالي ٦٠٪ من الطاقة في المرافق الخاصة بشركات الطاقة الكهربائية اليابانية يتم فقدانها ويمكن توفيرها بشكل كبير من خلال استخدام خلايا الوقود. وبالإضافة إلى ذلك، فإن خلايا الوقود الثابتة الخاصة لاستخدام المنازل والمباني الأخرى يمكن أن تغطي احتياجاتهم الخاصة من التدفئة والكهرباء مما يساهم أيضاً في تخفيض استخدام الطاقة.

ثالثا، يمكن من خلال الطاقة الهيدروجينية تعزيز التأهب في حالة الكوارث. ففي حال وقوع زلازل أو غيرها من الكوارث الكبيرة يمكن استخدام خلايا الوقود المزودة في المنازل والسيارات كمصدر احتياطي للطاقة، مما قد يتعلق مباشراً بإنقاذ الأرواح والحفاظ على الظروف المعيشية.

رابعا، إن تطبيقات غاز الهيدروجين لا تتوقف عند كونه مصدر للطاقة وذلك لأن الهيدروجين يمكن إنتاجه من مجموعة متنوعة من الوسائل. فيمكن استخدامه كوسيلة لنقل الطاقة، لذلك عندما يقترن ويستخدم مع أحد مصادر الطاقة الأخرى يمكن أن يعوض أوجه القصور فيها وكذلك تعزيز مواطن قوتها. يمكننا القول بطريقة أو بأخرى أن قدرة الهيدروجين على إحداث تغيير شامل في صناعة الطاقة هي أكبر مميزاته. وسيتم التطرق إلى مزيد من التفاصيل حول هذه النقطة في النصف الثاني من هذا المقال.

أما النقطة الخامسة والأخيرة فهي ذات اهتمام خاص لليابان. فهذا البلد يقود العالم في تطوير التكنولوجيات الخاصة بالطاقة الهيدروجينية، وإذا تقدم استخدام الهيدروجين سيكون متوقع تجديد وإحياء الاقتصاد الياباني وخلق فرص عمل جديدة. في الوقت الحاضر، اليابان هي الأولى عالمياً وبفارق كبير في عدد طلبات براءات الاختراع لتقنيات تتعلق بخلايا الوقود الهيدروجينية، كما أن الشركات اليابانية أيضا تتنافس بقوة في تصنيع خزانات تخزين الهيدروجين. وكما هو الحال في مجال الطاقة الحرارية الأرضية عندما يتعلق الأمر باستخدام الهيدروجين فقد تفوقت اليابان ووضعت سقف جديد للمنافسة.

التحديات دائماً موجودة

ولكن من أجل تحقيق الاستفادة من الطاقة الهيدروجينية لا يزال هناك عدد من القضايا التي تحتاج إلى دراسة. وتعد عملية تخفيض التكلفة هي أكبر هذه التحديات. فمهما كان الهيدروجين مصدراً رائعاً للطاقة، لن يتم اعتماده على نطاق واسع إذا ظلت تكاليفه باهظة بهذا الشكل. ومع أن الأمل الرئيسي في خفض التكلفة يكمن في العمل على المزيد من الابتكارات في المستقبل، إلا أن هناك عدد من الاستراتيجيات المساعدة التي يمكن اتخاذها. أحد هذه الاستراتيجيات، هي أن يتم الجمع بين الطاقة الهيدروجينية مع غيرها من وسائل إنتاج الطاقة الأقل تكلفة وبذلك يمكن الاستفادة من مميزات الطاقة الهيدروجينية مع تحسين الأداء العام من حيث التكلفة. أمر آخر مهم، هو التركيز بشكل مؤقت على تحسين البنية التحية المتعلقة بالطاقة الهيدروجينية. وذلك أثناء استخدام الهيدروجين الناتج كعنصر ثانوي من وسائل إنتاج الطاقة الأخرى والتي تعتبر أقل تكلفة بالمقارنة، وخاصة حرق الوقود الحفري. إن توسع البنية التحتية للهيدروجين والإنتاج الضخم سيخفض من تكاليف المزيد من التطوير، ويمكن إجراء عملية تبديل تدريجية لإنتاج الهيدروجين ”النظيف“ من مصادر الطاقة المتجددة.

وثمة قضية أخرى وهي ضمان الدعم من الجمهور العام للدفع نحو ”مجتمع هيدروجيني“. ومن أجل هذا الهدف فإنه يجب البرهنة على سلامة استخدام الطاقة الهيدروجينية بوضوح وتهدئة المخاوف من أن تمويل هذه المبادرة قد يؤدي إلى زيادة الضرائب. وبالنظر حول العالم، نجد أن التحركات نحو استخدام الهيدروجين للمساهمة في إمدادات الطاقة المحلية غالباً ما يأخذ على عاتق المجتمع بشكل كبير. فإن مشاركة السكان أمراً لا غنى عنه في تحقيق ”مجتمع هيدروجيني“ على الأرض المحلية.

هناك قضية أخرى واقعية جداً وهي أهمية إنشاء سلسلة متكاملة لتجهيزات استخدام الهيدروجين في آن واحد. فنظراً لعدم وضوح أيهما ينبغي أن يأتي أولا، فإن العلاقة بين السيارات التي تعمل بخلايا الوقود ومحطات التزود بوقود الهيدروجين التي ستعتمد عليها، كثيرا ما شُبهت بالسؤال الأزلي أيهما أولاً البيضة أم الدجاجة ؟ ولوقت طويل جداً، ظل المصنعون في كلا الجانبين يرى أن انتشار الآخر هو شرط مسبق للتحرك من جانبه فجلسا إلى الوراء في انتظار التطورات وكانت النتيجة أن كلاهما لم يحرز أي تقدم يذكر. أما مؤخراً فقد تطورت الرؤى وتحولت إلى العلاقة بين النحل والعسل. حيث أدرك المصنعون في كل جانب على الأقل واقع الاعتماد المتبادل بينهم وبدأوا في التوسع والعمل جنباً إلى جنب.

على الرغم من أن اليابان قد تكون الرائدة عالمياً في مجال تنمية وتطوير خلايا الوقود واستخدامها، إلا أن البنية التحتية للبلاد لا تزال متأخرة عدة خطوات للوراء عن بقية دول العالم. وينظر إلى أولمبياد طوكيو عام ٢٠٢٠ على أنها الفرصة المثالية لتركيز جهود الأمة وتوفير الحافز لدفعة موحدة من الجميع لإنشاء سلسلة متكاملة من تجهيزات العمل بالهيدروجين.

دمج الهيدروجين مع مصادر الطاقة الأخرى

كما ذكرنا أعلاه، فإن إحدى طرق توسيع نطاق استخدام الطاقة الهيدروجينية هو استخدامها جنباً إلى جنب مع غيرها من مصادر الطاقة الرخيصة، وتسخير صفات الهيدروجين مع تعزيز الأداء من حيث التكلفة. اسمحوا لي أن أشرح اثنين من هذه الأساليب بمزيد من التفصيل.

الهيدروجين والفحم معاً بلا انبعاثات ضارة

ربط الطاقة الهيدروجينية بكونها مكلفة لكن صديقة للبيئة، مع الفحم بكونه رخيص لكن ضار بالبيئة، هو من الأفكار الجيدة. ومن الأمثلة الملموسة على ذلك مشروع شركة كاواساكي للصناعات الثقيلة لإنتاج ما يطلق عليه ”البنية التحتية للهيدروجين الخالي من ثاني أكسيد الكربون“ والمبني على أساس إنتاج الهيدروجين من الفحم البنّي منخفض الجودة (المعروف باسم الليجنايت) والذي يتم استخراجه من أستراليا.

وقد طرحت شركة كاواساكي مخططا لعملية صناعية تحتوي على مرحلة يطلق عليها ”التحويل إلى غاز“ يتم فيها تحويل الفحم البنّي المستخرج من مناجم منطقة فكتوريا إلى خليط من الغازات، بما فيها الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، يتم فصل ثاني أكسيد الكربون من المصدر واحتجازه في جيوب جيولوجية تحت الأرض مما يعرف بـ”عملية احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون CCS“ ويتم نقل الهيدروجين إلى اليابان في سفن ناقلات خاصة لتلبية احتجايات السيارات ذات خلايا الوقود ومخططات الطاقة الهيدروجينية في البلاد.

تحقيق مثل هذا المشروع الذي يجمع التطبيق العملي لكل من ”عملية احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون CCS“ والطاقة الهيدروجينية يمكن أن يكون له آثار إيجابية كبيرة على البيئة، لكن فوائده لا تنتهي عند هذا الحد.

داخل أستراليا نفسها، وخاصة في ولاية فيكتوريا، التي لديها نصيب أقل من الفحم ذو الدرجة العالية مقارنة بمناطق نيو ساوث ويلز أو كوينزلاند، فإن الأمونيا واليوريا المنتجة كمنتج ثانوي لعملية تحويل الفحم إلى غازات يمكن استخدامهم في الصناعات الكيميائية وإنتاج الأسمدة، مما يشكل استخدام فعال لهذا الفحم منخفض الدرجة.

بالنسبة للشركات اليابانية المشاركة في مثل هذا المخطط، ستكون الفوائد مزدوجة. فبينما تقوم بالمساعدة في ”عملية احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون CCS“ في بلد آخر كنوع من تقسيم الانبعاث الكربوني، فإنها ممكن أن تساهم أيضا في الحد من الارتفاع المستمر في أسعار الوقود والذي يشكل واحد من أكبر الأخطار التي تهدد الاقتصاد الياباني، وذلك من خلال المساهمة في نظام يتطلب محطات متطورة تستخدم الفحم في توليد الكهرباء بطريقة نظيفة. وهكذا فإن إنشاء بنية تحتية للهيدروجين الخالي من ثاني أكسيد الكربون يصبح مشروعا ذي منفعة مزدوجة. ( في نظام تقسيم الانبعاث الكربوني، عندما يتم تصدير تكنولوجيا لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحرارى من بلد إلى آخر، يتم تقسيم الانخفاض في الانبعاثات على البلدين).

جعل الهيدروجين سهل النقل والتخزين

يمكن استخدام الطاقة الهيدروجينية جنباً إلى جنب مع النفط، والغاز الطبيعي، وطاقة الرياح، والطاقة الشمسية. وأحد الأمثلة على مثل هذا المخطط هو نظام ”هيدروجين سبيرا“ الذي طورته شركة تشييودا ليستخدم في مجموعة من التطبيقات الصناعية.

”سبيرا“ هي كلمة لاتينية بمعنى ”أمل“، في هذا النظام المطروح من قبل شركة تشييودا، فإن الهيدروجين المنتج في مصانع هدرجة قريبة من حقول النفط والغاز الطبيعى، ومناجم الفحم، ومزارع طاقة الرياح الكبيرة، يتم دمجه مع مادة الطولوين المذيبة ليتكون المركب الهيدروكربوني ”ميثيل سيكلوهكسان MCH“ وهو سهل النقل حيث يكون سائلا في درجة حرارة وضغط الغرفة العادية. يمكن نقل هذا المركب إلى مصانع إزالة الهيدروجين في أماكن أخرى في اليابان أو خارجها، حيث يتم استخلاص الهيدروجين واستخدامه كوقود. ويمكن إعادة الطولوين النقي مرة أخرى إلى مصانع الهدرجة واستخدامه مجدداً.

الغرض من هذه العملية هو جعل الهيدروجين، وهو غاز عالي التطاير، سهل النقل والتخزين عن طريق تحويله إلي مركب MCH، وأطلقت شركة تشييودا على الهيدروجين في هذه الصورة سهلة الاستخدام اسم ”هيدروجين سبيرا“. و”سبيرا“ أو ”الأمل“ يدل على المنافع المحتملة للإنسان من الاستخدام الأمثل للهيدروجين.

كمرحلة أولى، تخطط شركة شييودا إلي بناء مصنع هدرجة في المناطق المنتجة للفحم والنفط والغاز الطبيعى لدمج الهيدروجين المنتج بها مع الطولوين. وفي هذه الحالة يمكن تخزين ثاني أكسيد الكربون باستخدام ”عملية احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون CCS“ مما يقلل الانبعاثات الكربونية كثيراً. وفي حالة حقول النفط، يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون المحتجز في استخراج كميات أكبر من النفط، في عملية تسمى ”استخلاص النفط المحسن EOR“، مما يعنى منفعة أخرى في زيادة إنتاج النفط.

الخطوة الأخرى ستكون استخدام الكهرباء الناتجة من المصادر المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، في التحليل الكهروكيميائي للماء، مما ينتج الهيدروجين والأكسجين. وتحويل الهيدورجين إلى MCH بتذويبه في الطولوين لاستخدامه لاحقاً. لكونهم بلا انبعاثات كربونية تقريباً، تعتبر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح أدوات حيوية في الحرب ضد الاحتباس الحراري. على الرغم من ذلك فإن الحاجة إلى بناء خطوط نقل طاقة مكلفة تبطء التقدم في هذا المجال. إذا تم توظيفها بنجاح، فإن عملية ”هيدروجين سبيرا“ لديها القدرة على حل هذه المشكلة عن طريق تبديل خطوط النقل لتسمح بنقل الطاقة الكهربائية. أو يمكننا القول إن ”هيدروجين سبيرا“ له مستقبل واعد في دعم الاعتماد على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

هناك تطبيق صناعي آخر بدأ في جذب الانتباه في أوروبا. ”تحويل الطاقة إلى غاز“ هي عملية أخرى يتم فيها استخدام الكهرباء الفائضة لتحليل المياه كهروكيميائياً إلى عناصرها الأساسية، الهيدروجين والأكسجين، يتم ضخ الهيدروجين بعد ذلك إلى شبكة الغاز واستعماله كغاز. هذا المخطط لا يستلزم خطوط نقل كهرباء، ويستخدم الكهرباء الفائضة من مزارع طاقة الرياح والمصادر الأخرى، بدلاً من إهدارها.

بهذه الطريقة، يمكن استخدام الهيدروجين لتعويض مساوئ واستخدام مزايا مصادر الطاقة الأخرى. وتكمن جاذبية الهيدروجين كمصدر طاقة في إمكانية مقدرته على أحداث تغيير جذري في طبيعة مخزون الطاقة على مستوى العالم.

(المقال الأصلي باللغة اليابانية بتاريخ ٩ مارس/ آذار ٢٠١٥، والترجمة من الإنكليزية. صورة العنوان: سيارة تويوتا تعمل بخلايا الوقود تزود بالهيدروجين في أول محطة تجارية للهيدروجين في طوكيو. الصورة من جيجي برس)

  • [13/05/2015]

بروفيسور بجامعة طوكيو كلية الدراسات العليا للدراسات الابتكارية. متخصص في تاريخ الإدارة في اليابان، إلى جانب القضايا المتعلقة بصناعة الطاقة، الاقتصادات المحلية، والصناعات الرياضية. حصل على درجة الدكتوراه من جامعة طوكيو العليا كلية الاقتصاد في عام ١٩٩٦، وكان باحثا بكلية هارفارد للأعمال، وكذلك الأستاذية من جامعة طوكيو معهد للعلوم الاجتماعية وجامعة هيتوتسوباشي كلية التجارة وإدارة الأعمال قبل توليه منصبه الحالي في أبريل/نيسان عام ٢٠١٥. وعين رئيسا للجنة الاستراتيجية لطوكيو من تحقيق مجتمع الهيدروجين في عام ٢٠١٤. من مؤلفاته المنشورة تشمل ”مشاكل الطاقة في اليابان“ و ”الإصلاحات الكهربائية: نقطة تحول تاريخية في سياسة الطاقة“.

مقالات ذات صلة
أحدث المقالات

المقالات الأكثر تصفحا

منوعات جميع المقالات

فيديوهات مختارة

الكلمات الأكثر وروداً

バナーエリア2
  • كلمة رئيس التحرير
  • مدونات محرري nippon.com
  • اليابان في سطور
  • http://www.shorouknet.com/
  • 了解(日本語ーアラビア語辞典)