أصبح تخزين الهيدروجين أسهل مع السائل الحامل الجديد

تأسست شركة Ayrton في عام 2021، وهي واحدة من العديد من الشركات في جميع أنحاء العالم التي تعمل على تطوير LOHCs، بما في ذلك شركة Chiyoda وMitsubishi اليابانية، وشركة Covalion الألمانية، وشركة Hynertech الصينية. لكن قضايا السمية وكثافة الطاقة ومدخلات الطاقة قد حدت من LOHCs كمتنافسين لجعل الهيدروجين السائل ممكنًا. يقول آيرتون إن صياغته تلغي هذه المقايضات.

وقود الهيدروجين الآمن والفعال للمركبات

تعتمد تقنيات LOHC التقليدية التي تستخدمها معظم الشركات المذكورة أعلاه على مواد مثل التولوين، الذي يشكل ميثيل سيكلوهكسان عند هدرجته. تشكل هذه الناقلات مخاطر على السلامة بسبب قابليتها للاشتعال وتقلبها. تحولت تقنيات LOHC الهيدروجينية في إيرلانجر بألمانيا وشركات وقود الهيدروجين الأخرى نحو ثنائي بنزايل تولوين، وهو ناقل أكثر استقرارًا يحتوي على هيدروجين لكل وحدة حجم أكثر من ميثيل سيكلوهكسان، على الرغم من أنه يتطلب درجات حرارة أعلى (وبالتالي المزيد من الطاقة) لربط الهيدروجين وإطلاقه. تحدث هدرجة ثنائي بنزيل التولوين عند ما بين 3 و10 ميجا باسكال (30 و100 بار) و200-300 درجة مئوية، مقارنة بـ 10 ميجا باسكال (100 بار)، وأقل بقليل من 200 درجة مئوية لميثيل سيكلوهكسان.

لا يقوم ناقل الهيدروجين المعتمد على الزيت الخاص بشركة أيرتون بالتقاط وإطلاق الهيدروجين بطاقة مدخلة أقل مما هو مطلوب لـ LOHCs الأخرى فحسب، بل يقوم أيضًا بتخزين هيدروجين أكثر مما يمكن أن يقوم به الميثيل سيكلوهكسان – 55 كجم / م³ مقارنة مع ميثيل حلقي الهكسان 50 كجم/م3. يحتوي ثنائي بنزيل التولوين على قدر أكبر من الهيدروجين لكل وحدة حجم (ما يصل إلى 65 كجم/م3)، ولكن النهج الذي اتبعه أيرتون في حقن المادة الحاملة بذرات الهيدروجين يَعِد بتكلفة أقل. تحدث الهدرجة أو إزالة الهيدروجين باستخدام السائل الحامل لأيرتون عند 0.1 ميجا باسكال (1 بار) وحوالي 100 درجة مئوية، كما تقول المؤسس والرئيس التنفيذي ناتاشا كوستينوك. وكما هو الحال مع LOHCs الأخرى، بعد الهدرجة يمكن نقلها وتخزينها في درجات الحرارة والضغوط المحيطة.

وصف القضاة [Ayrton’s approach] كتقنية مهمة لنشر الهيدروجين على نطاق واسع.” —كاتي ريتشاردسون، المختبر الوطني للطاقة المتجددة

يقول كوستينوك إن سائل LOHC الخاص بآيرتون آمن في التعامل معه مثل السمن النباتي، لكنه لا يزال مادة كيميائية. “لن أشربه. إذا فعلت ذلك، فلن تشعر أنك بحالة جيدة جدًا. وتقول: “لكنها ليست قاتلة”.

كان كوستينوك وزميله المؤسس المشارك لشركة أيرتون براندي كينكيد (الذي يشغل منصب المدير الفني الرئيسي للشركة) يحاولان في الأصل جلب مولدات الهيدروجين إلى السوق لسد الفجوات في الشبكة الكهربائية. “كنا نبحث عن خلايا الوقود وتخزين الهيدروجين. يقول كوستينوك: “كان من السهل العثور على خلايا الوقود، لكننا لم نتمكن من العثور على طريقة أو وسيلة لتخزين الهيدروجين تكون آمنة وسهلة النقل لتغذية رؤيتنا لما كنا نحاول القيام به باستخدام مولدات الهيدروجين”. أثناء البحث، عثروا على تقنية LOHC لكنهم لم يكونوا راضين عن المقايضات التي تطلبها ناقلات الهيدروجين السائل الموجودة. وتقول: “كانت لدينا فكرة أنه يمكننا القيام بذلك بشكل أفضل”. تمركز الثنائي، وقاما بتعديل تركيزهما من مولدات الهيدروجين إلى حلول تخزين الهيدروجين.

يقول كوستينوك: “الجميع متحمسون لإنتاج الهيدروجين والاستخدام النهائي للهيدروجين، لكنهم ينسون أنه يتعين عليك تخزين الهيدروجين وإدارته”. وتقول إن عدم التوافق مع التخزين والتوزيع الحالي كان عائقًا أمام اعتماده. “نحن متحمسون حقًا لقدرتنا على إعادة استخدام البنية التحتية الحالية الموجودة في جميع أنحاء العالم.” يتمتع سائل آيرتون المهدرج بنقاوة الهيدروجين في خلايا الوقود (99.999%)، لذلك لا توجد ميزة في استخدام الهيدروجين السائل النقي مع حاجته إلى درجات حرارة تحت الصفر، وفقًا للشركة.

يقول كوستينوك إن التحدي الرئيسي الذي تواجهه الشركة هو مجموعة المشكلات التي تأتي مع أي تكنولوجيا تتوسع من مرحلة الإنتاج التجريبي إلى التصنيع التجاري. وتشير إلى أن “جزءًا مهمًا من ذلك هو مواءمتنا مع شركاء التصنيع المناسبين على طول الطريق”.

عند سؤاله عن كيفية تعامل آيرتون مع بعض التحديات الأخرى المشتركة في LOHCs، قال كوستينوك إن آيرتون تمكن من تجنب هذه التحديات. وتقول: “لقد ابتعدنا عن المواد باهظة الثمن والتي يصعب شراؤها، مما سيساعدنا على تجنب أي مشكلات في سلسلة التوريد”. ومن خلال إجراء التفاعلات عند درجات حرارة منخفضة كهذه، يستطيع آيرتون جعل السائل الحامل الخاص به يتحمل 1000 دورة من الهدرجة ونزع الهيدروجين قبل أن لا يحتفظ بكمية كافية من الهيدروجين ليكون مفيدًا. يقول كوستينوك إن LOHCs التقليدية تقتصر على بضع مئات من الدورات قبل أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة المطلوبة للترابط وإطلاق الهيدروجين إلى تكسير السائل وتقليل سعة تخزينه.

اختراق في تكنولوجيا تخزين الهيدروجين

واعترافاً بما قد يعنيه سائل آيرتون الناقل غير السام القائم على النفط بالنسبة لقطاعي الطاقة والنقل، أطلق المختبر الوطني للطاقة المتجددة في الولايات المتحدة، في منتدى نمو الصناعة السنوي الذي يعقده في شهر مايو، على آيرتون لقب “المشروع المتميز في المرحلة المبكرة”. تقول كاتي ريتشاردسون، مديرة مجموعة مركز الابتكار وريادة الأعمال التابع للمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، الذي نظم المنتدى، إن لجنة اختيار مكونة من أكثر من 180 من المستثمرين في مجال تكنولوجيا المناخ والتكنولوجيا النظيفة وخبراء الصناعة اختارت آيرتون من بين مجموعة تضم أكثر من 200 من المتقدمين الأوليين. واستندت اللجنة في قرارها إلى ابتكار الشركة ووضعها في السوق ونموذج الأعمال والفريق والخطوات التالية للتمويل والتكنولوجيا واستخدام رأس المال وجودة العرض التقديمي. يقول ريتشاردسون: “وصف الحكام نهج أيرتون بأنه تقنية بالغة الأهمية لنشر الهيدروجين على نطاق واسع”.

كخطوة تالية نحو تمكين الهيدروجين من الاستغناء عن البنزين والديزل، يقول كوستينوك: “نحن نتحدث مع منتجي الهيدروجين الذين يقدمون الآن لعملائهم الهيدروجين المبرد والمضغوط”. “إذا عرضوا LOHC، فسيمكنهم ذلك من التوصيل عبر مسافات أطول، وبأحجام أكبر، وبطريقة متعددة الوسائط.” وتتحدث الشركة أيضًا مع بعض مالكي المواقع الصناعية الذين يمكنهم استخدام LOHC المهدرج للتخزين المؤقت للاحتفاظ ببعض الطاقة التي يحصلون عليها من مصادر نظيفة ومتقطعة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. وتقول إن الأمر الطبيعي الآخر هو مقدمي خدمات الطاقة الذين يبحثون عن طريقة موثوقة للتخزين الموسمي تتجاوز ما يمكن أن تقدمه البطاريات. الهدف هو في نهاية المطاف التوسع بما يكفي ليصبح الوقود البديل (أو ربما المعيار) للسيارات والشاحنات والقطارات والسفن.