Hydrogen (H2) هو عنصر متعدد الاستخدامات ، يلعب دورًا مهمًا في العديد من العمليات الصناعية ، من تحسين الزيت الخام إلى تصنيع أشباه الموصلات. تقليديا ، اعتمدت العديد من الشركات على الموردين الخارجيين لتلبية احتياجاتهم من الهيدروجين ، وغالبًا ما تتضمن نقل وتخزين الغاز المضغوط أو الهيدروجين السائل. ومع ذلك ، يمكن أن يكون هذا النهج مكلفًا ، غير فعال ، ويشكل التحديات اللوجستية. هذا هو المكان مولد الهيدروجين الصناعي ادخل.
مولد الهيدروجين الصناعي هو نظام متطور مصمم لإنتاج غاز الهيدروجين مباشرة عند نقطة الاستخدام ، أو في الموقع. تختلف هذه الأنظمة في الحجم والتكنولوجيا ولكنها تشترك في الهدف المشترك المتمثل في توفير إمدادات موثوقة ومستمرة من هيدروجين دون الحاجة إلى توصيلات متكررة. تكمن أهميتها في تعزيز الكفاءة التشغيلية ، وتقليل مخاطر سلسلة التوريد ، وتوفير سيطرة أكبر على نقاء الهيدروجين والضغط.
التحول نحو توليد الهيدروجين في الموقع مدفوع بعدة أسباب مقنعة:
كفاءة التكلفة: يمكن أن يؤدي التخلص من تكاليف النقل والتخزين والمناولة المرتبطة بالهيدروجين المسلح إلى وفورات طويلة الأجل كبيرة.
السلامة المعززة: يقلل تقليل الحاجة إلى تسليم الهيدروجين عالي الضغط من المخاطر المرتبطة بنقل وتخزين كميات كبيرة من الغاز المضغوط.
إمدادات موثوقة: يضمن التوليد في الموقع إمدادات مستمرة وفورية من الهيدروجين ، مما يمنع تأخير الإنتاج بسبب اضطرابات سلسلة التوريد.
التخصيص: يمكن للشركات تكييف نقاء الهيدروجين ومعدل التدفق لمتطلباتها التشغيلية المحددة.
انخفاض بصمة الكربون: لا سيما مع ظهور تقنيات الهيدروجين الخضراء ، يمكن أن يسهم التوليد في الموقع في أهداف الاستدامة للشركة.
إن الدافع العالمي نحو إزالة الكربون والتركيز المتزايد على الهيدروجين الأخضر يؤثر بشكل عميق على الطلب على مولدات الهيدروجين الصناعية. يعتبر الهيدروجين الأخضر ، الذي يتم إنتاجه من خلال التحليل الكهربائي مدعومًا من مصادر الطاقة المتجددة ، بمثابة عامل تمكين رئيسي لتحقيق انبعاثات صافية صافية عبر مختلف القطاعات. هذا الزخم يخلق ارتفاعًا كبيرًا في الطلب على حلول توليد الهيدروجين المتقدمة والفعالة في الطاقة. بينما تسعى الصناعات إلى تقليل بصمة الكربون والانتقال إلى مصادر الطاقة الأنظف ، تم تعيين اعتماد إنتاج الهيدروجين في الموقع ، وخاصة من خلال التحليل الكهربائي ، على التسريع.
مشهد توليد الهيدروجين الصناعي متنوع ، مع العديد من التقنيات التي تقدم مزايا مميزة تستند إلى مقياس الإنتاج ومتطلبات النقاء والموارد المتاحة. تشمل الطرق الأولية المستخدمة حاليًا التحليل الكهربائي وإصلاح الميثان البخاري ، حيث تكتسب التقنيات الناشئة الأخرى أيضًا جرًا.
التحليل الكهربائي هو عملية تستخدم الكهرباء لتقسيم المياه (ح 2 س) في الهيدروجين (ح 2 ) والأكسجين (س 2 ). هذه الطريقة جذابة بشكل خاص لإنتاج الهيدروجين الأخضر عند تشغيل مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية أو الرياح. هناك نوعان رئيسيان من الإلكتروليزرات الصناعية:
تشتهر PEM (غشاء تبادل البروتون) بالكهرباء بتصميمها المدمج والكفاءة العالية والاستجابة السريعة لمدخلات الطاقة الديناميكية. هذا يجعلها مثالية للتكامل مع مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة.
كيف تعمل: تستخدم PEM Electrolezers غشاء كهربائي للبوليمر الصلب لفصل الهيدروجين والأكسجين. يمر البروتونات (H) من جزيئات الماء عند الأنود عبر الغشاء إلى الكاثود ، حيث يجمعون مع الإلكترونات لتشكيل غاز الهيدروجين.
المزايا: إنها توفر كثافات عالية التيار ، وتنتج الهيدروجين النقي للغاية (حتى 99.999 ٪) ، ولها بصمة صغيرة ، ويمكن أن تعمل على مجموعة واسعة من مدخلات الطاقة.
عيوب: ارتفاع التكاليف الرأسمالية وحساسية الشوائب المائية مقارنة بالأنظمة القلوية.
التطبيقات: يستخدم بشكل متزايد في تكامل الطاقة المتجددة ، والتطبيقات الصناعية الصغيرة التي تتطلب نقاءًا مرتفعًا ، ومحطات للوقود في الهيدروجين.
تعتبر المنحلال الكهربائية القلوية تقنية أكثر نضجًا واعتمادها على نطاق واسع ، وهي معروفة بمتانة وتكاليف رأس المال المنخفضة.
كيف تعمل: تستخدم هذه الأنظمة بالكهرباء القلوية السائلة (عادةً هيدروكسيد البوتاسيوم ، KOH) والأغشية المسامية لفصل الأقطاب الكهربائية. أيونات الهيدروكسيد (أوه - ) ترحيل من خلال المنحل بالكهرباء لإنتاج الهيدروجين في الكاثود والأكسجين في الأنود.
المزايا: انخفاض الإنفاق الرأسمالي ، وعمر التشغيل الطويل ، وارتفاع التسامح مع شوائب المياه.
عيوب: عادةً ما يكون أقل كفاءة من أنظمة PEM ، والاستجابة الأبطأ للأحمال الديناميكية ، وإنتاج الهيدروجين مع نقاء أولي أقل (غالبًا ما تتطلب المزيد من التنقية).
التطبيقات: إنتاج الهيدروجين الصناعي على نطاق واسع ، وخاصة في النباتات الكيميائية ، وتوليف الأمونيا ، وتصنيع الزجاج.
يعد إصلاح الميثان البخاري (SMR) الطريقة الأكثر شيوعًا وفعالية من حيث التكلفة لإنتاج الهيدروجين الصناعي على نطاق واسع. ومع ذلك ، فهي عملية كثيفة الكربون ما لم يتم دمجها مع تقنيات التقاط الكربون والاستخدام والتخزين (CCUS).
يستخدم نبات الهيدروجين SMR الغاز الطبيعي (الميثان ، الفصل 4 ) كمواد وسيطة لإنتاج الهيدروجين. كيف يعمل: يتفاعل الميثان مع بخار درجة الحرارة العالية (ح 2 س) على محفز لإنتاج غاز التوليف (syngas) ، مزيج من الهيدروجين ، أول أكسيد الكربون (CO) ، وثاني أكسيد الكربون (CO 2 ). يحول "تفاعل تحول الماء" اللاحق المزيد من ثاني أكسيد الكربون 2 وشارك 2 . أخيرًا ، تنقي وحدة امتصاص الأرجوحة (PSA) للضغط على الهيدروجين على المستوى المطلوب.
المزايا: التكنولوجيا الراسخة ، والسعة الإنتاجية العالية ، وتكلفة الإنتاج المنخفضة نسبيا مقارنة مع التحليل الكهربائي (خاصة عندما تكون أسعار الغاز الطبيعي منخفضة).
عيوب: ينتج كميات كبيرة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، مما يجعله مصدر "هيدروجين رمادي" ما لم يتم تنفيذ CCUs.
التطبيقات: المهيمنة في الصناعات التي تتطلب كميات هائلة من الهيدروجين ، مثل تكرير النفط ، وإنتاج الأمونيا ، وتوليف الميثانول.
على الرغم من أنه أقل انتشارًا لتوليد الهيدروجين الصناعي الأولي ، إلا أنه يتم استكشاف التقنيات الأخرى وتطويرها:
تغويز الكتلة الحيوية: يحول الكتلة الحيوية (المادة العضوية) إلى syngas ، والتي يمكن معالجتها بعد ذلك لإنتاج الهيدروجين. هذا يوفر مسارًا متجددًا ولكنه معقد ويمكن أن يكون غير متناسق.
تكسير الأمونيا (تحلل الأمونيا): الأمونيا (NH 3 ) يمكن أن تكون "متشققة" أو تتحلل إلى الهيدروجين والنيتروجين. هذا يكتسب اهتمامًا لأن الأمونيا أسهل في النقل وتخزينها من الهيدروجين ، مما قد يكون بمثابة حاملة هيدروجين.
انقسام المياه التحفيزية الضوئية: تقنية ناشئة تستخدم أشعة الشمس ومحفز أشباه الموصلات لتقسيم المياه مباشرة إلى الهيدروجين والأكسجين ، مما يوفر طريقة نظيفة ومستدامة للغاية للمستقبل.
توفر مولدات الهيدروجين الصناعية هيدروجين عالي النقاء عند الطلب عبر مجموعة واسعة من القطاعات ، مما يثبت أنه لا غنى عنه للعمليات الحرجة. إن تعدد استخدامات أنظمة إنتاج الهيدروجين في الموقع وإمكانية التكيف تجعلها خيارًا مفضلاً للشركات التي تسعى إلى الكفاءة والموثوقية والاستدامة بشكل متزايد.
| قطاع الصناعة | استخدام الهيدروجين الأولي | فوائد التوليد في الموقع |
| المعالجة الكيميائية ومصافي النفط | Hydrotreating (إزالة الشوائب مثل الكبريت) ، والفتحة المائية (تحطيم الزيوت الثقيلة) ، تخليق الأمونيا (NH3) ، إنتاج الميثانول. | يضمن إمدادات ثابتة كبيرة الحجم للعمليات المستمرة ؛ يقلل من الاعتماد على سلاسل التوريد الخارجية ، مما يعزز الأمن التشغيلي. |
| التلدين المعادن والمعالجة الحرارية | خلق أجواء تقليل لمنع الأكسدة أثناء المعالجة الحرارية للمعادن (على سبيل المثال ، الصلب ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، سبائك متخصصة). | يضمن التحكم في الجو الدقيق للمنتجات المعدنية عالية الجودة ؛ يزيل مخاطر السلامة من التعامل مع أسطوانات الضغط العالي. |
| الهيدروجين من فئة الطعام للتغليف | تستخدم كجو وقائي لتمديد عمر الصلاحية للأطعمة المعبأة ، ومنع التلف ، والحفاظ على جودة المنتج. | يوفر هيدروجين عالي النقاء مطلوبًا لمعايير سلامة الأغذية ؛ الإمداد عند الطلب يقلل من مخاوف النفايات والتخزين. |
| الهيدروجين عالي النقاء لتصنيع أشباه الموصلات | حاسم بالنسبة للعمليات المختلفة بما في ذلك epitaxy ، الصلب ، الحفر ، وكغاز حامل ، يتطلب نقاءًا مرتفعًا للغاية (99.999 ٪ أو أعلى). | يضمن مستويات نقاء عالية للغاية لتصنيع أشباه الموصلات الخالية من العيوب ؛ الإمداد المستمر يحافظ على وقت التشغيل الإنتاج. |
| الهيدروجين لتخزين الطاقة المتجددة | تحويل الكهرباء المتجددة الزائدة إلى الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي لاستخدامه لاحقًا في خلايا الوقود أو إعادة التحول إلى الكهرباء. | يسهل استقرار الشبكة واستقلال الطاقة ؛ يتيح التخزين على المدى الطويل للطاقة المتجددة المتقطعة. |
| التطبيقات الناشئة الأخرى | تغذي شوكة شوكة صناعية (خلايا الوقود) ، وتصنيع الزجاج ، وإنتاج الأدوية ، وتوليد الطاقة في المواقع البعيدة. | يقدم حلولًا مخصصة لمطالب صناعية محددة ؛ يدعم الانتقال إلى طاقة أنظف في التطبيقات المتخصصة. |
يعد اختيار مولد الهيدروجين الصناعي الأمثل قرارًا حاسمًا يؤثر بشكل مباشر على الكفاءة التشغيلية وفعالية التكلفة والاستدامة طويلة الأجل. يعتمد الاختيار على تقييم دقيق للعديد من العوامل الرئيسية ، المصممة خصيصًا للاحتياجات والقيود المحددة للتطبيق.
الاعتبارات الأولى والأكثر أساسية هي معدل التدفق المطلوب ونقاء الهيدروجين.
معدل التدفق: يشير هذا إلى حجم الهيدروجين اللازم في الساعة ، وغالبًا ما يتم التعبير عنه بأمتار مكعب طبيعية في الساعة (نانومتر 3 /ح) أو أقدام مكعبة قياسية في الدقيقة (SCFM). قد يحتاج مختبر صغير إلى بضعة نانومتر فقط 3 /ح ، في حين أن مصفاة كبيرة يمكن أن تتطلب الآلاف. يمكن أن يؤدي المولد الإفراط في حجمه إلى عدم الكفاءة أو عدم كفاية الإمداد.
نقاء: تتطلب تطبيقات مختلفة مستويات متفاوتة من نقاء الهيدروجين. على سبيل المثال ، يتطلب تصنيع أشباه الموصلات عادة نقاءًا للغاية ، مثل 99.999 ٪ أو حتى 99.9999 ٪ (ستة تسعة) ، لمنع التلوث. قد تقبل المعالجة الحرارية المعدنية بنقاء 99.9 ٪ ، في حين أن بعض العمليات الكيميائية يمكن أن تتسامح مع مستويات أقل قليلاً. تنتج الكهربات ، وخاصة PEM ، في كثير من الأحيان بطبيعتها هيدروجين نقاء أعلى ، في حين أن أنظمة SMR تتطلب عادة خطوات تنقية إضافية مثل امتصاص الأرجوحة للضغط (PSA) لتحقيق مستويات نقاء عالية.
يعد استهلاك الطاقة سائق تكلفة تشغيلية مهم لتوليد الهيدروجين ، وخاصة بالنسبة للأنظمة الكهربائية حيث تكون الكهرباء هي المدخلات الأولية.
كفاءة: قم بتقييم كفاءة الطاقة للنظام ، وغالبًا ما يتم التعبير عنها من حيث KWH لكل NM3/ساعة من الهيدروجين المنتجة. سيكون لنظام إنتاج الهيدروجين منخفض الطاقة منخفضة التكلفة التشغيلية على مدى عمره.
مصدر الطاقة: النظر في توفر وتكلفة الكهرباء (للكهرباء) أو الغاز الطبيعي (ل SMRs). يمكن للوصول إلى مصادر الطاقة المتجددة أن يجعل التحليل الكهربائي خيارًا أكثر جاذبية واستدامة ، مما يؤدي إلى إنتاج الهيدروجين الأخضر وربما التأهل للحوافز.
يؤثر مستوى الأتمتة وسهولة الصيانة بشكل كبير على تكاليف العمالة ، والوصول إلى الوراء ، والراحة التشغيلية الشاملة.
الأتمتة: غالبًا ما تتميز مولدات الهيدروجين الصناعية الحديثة بأنظمة الأتمتة والتحكم المتقدمة ، مما يتيح المراقبة عن بُعد ، وبدء التشغيل التلقائي/الإغلاق ، والكشف عن الأعطال. يضمن نظام توليد الهيدروجين الآلي مع PSA (امتزاز الضغط) تنقية مستمرة وإمداد مستقر مع الحد الأدنى من التدخل البشري.
صيانة: تقييم متطلبات صيانة النظام ، بما في ذلك الشيكات الروتينية ، وتوافر قطع الغيار ، والحاجة إلى الفنيين المتخصصين. يمكن أن تقلل الأنظمة ذات التصميمات المعيارية أو إمكانات التشخيص عن بُعد وتبسيط الصيانة.
يعد اختيار المورد المناسب أمرًا بالغ الأهمية مثل اختيار التكنولوجيا الصحيحة. يمكن للمورد ذو السمعة الطيبة وذات خبرة توفير دعم لا يقدر بثمن خلال دورة حياة المشروع.
الخبرة والسمعة: ابحث عن الموردين الذين لديهم سجل حافل في تصميم وتصنيع وتثبيت مولدات الهيدروجين الصناعية لتطبيقات مماثلة.
الدعم الفني والخدمة: تقييم توفر الدعم الفني المحلي وقطع الغيار وخدمة ما بعد البيع. يمكن أن توفر حلول توليد الهيدروجين المورد التي تقدم تسليم المفتاح إدارة شاملة لإدارة المشاريع ، من التصميم والتركيب إلى التكليف والدعم المستمر.
قدرات التخصيص: تأكد من أن المورد يمكنه تقديم حلول مخصصة لتلبية متطلبات المشروع الفريدة ، بدلاً من نهج واحد يناسب الجميع.
معايير السلامة: تحقق من أن أنظمة المورد تتوافق مع جميع معايير وشهادات السلامة الوطنية والدولية ذات الصلة.
إن فهم الآثار المالية لتوليد الهيدروجين في الموقع أمر بالغ الأهمية للشركات. يتضمن ذلك تحليلًا شاملاً لكل من الاستثمار الأولي (CAPEX) والتكاليف التشغيلية طويلة الأجل (OPEX) ، إلى جانب صورة واضحة للعائد على الاستثمار (ROI).
إن الجدوى الاقتصادية لمولد الهيدروجين الصناعي هي توازن بين النفقات الرأسمالية المقدمة (CEPEX) والنفقات التشغيلية المستمرة (OPEX).
الاستثمار الأولي (Capex): ويشمل ذلك تكلفة المولد نفسه ، والتركيب ، والبنية التحتية المرتبطة بها (مثل معالجة المياه ، وترقيات إمداد الطاقة ، ووحدات التنقية) ، والهندسة ، والتصاريح ، والتكليف. على الرغم من أن الاستثمار الأولي لنظام في الموقع يمكن أن يكون كبيرًا ، خاصة بالنسبة لمصانع التحليل الكهربائي على نطاق واسع أو مرافق SMR ، فإنه يمثل نفقات لمرة واحدة تمثل الطريق للتوفير على المدى الطويل. عوامل مثل سعة النظام ومتطلبات النقاء والتكنولوجيا المختارة تؤثر بشكل كبير على CAPEX. بالنسبة للكهرباء ، فإن تكلفة وحدات تحويل المكدس والطاقة هي مكونات رئيسية ، بينما تساهم المصلح ، ووحدات التنقية ، ومعدات التقاط الكربون المحتملة بشكل كبير.
تكاليف التشغيل طويلة الأجل (OPEX): هذه هي النفقات المتكررة المشاركة في إنتاج الهيدروجين. بالنسبة للكهرباء ، فإن مكون OPEX المهيمن هو الكهرباء-وبالتالي التركيز على نظام إنتاج الهيدروجين منخفض الطاقة. يساهم استهلاك المياه والصيانة والعمالة والبدائل المستهلكة (على سبيل المثال ، خراطيش التنسيق ، المحفزات). بالنسبة لـ SMR ، فإن OPEX الأساسي هو تكلفة المواد الأولية للغاز الطبيعي ، تليها الطاقة للتدفئة والصيانة والعمالة. إن مقارنة تكاليف التشغيل هذه بالأسعار المتقلبة للهيدروجين المسلّمة (والتي تشمل الإنتاج ، وتسييل/ضغط ، ونقل ، وتكاليف التخزين) هي مفتاح إظهار الفوائد المالية على المدى الطويل لتوليد الموقع. بمرور الوقت ، غالبًا ما تفوق المدخرات التراكمية من تجنب عمليات التسليم الهيدروجين في الرماية الأولية.
إن الاختيار بين المنحلوليات بالكهرباء و SMR له آثار اقتصادية كبيرة ، مدفوعة إلى حد كبير بأسعار الطاقة والاعتبارات البيئية.
إصلاح الميثان البخاري (SMR): تقليديًا ، كانت SMR الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع بسبب انخفاض تكلفة الغاز الطبيعي نسبيًا. تعتبر Capex أقل عمومًا من التحليل الكهربائي على نطاق واسع للإنتاج المماثل ، وتكاليفها التشغيلية تعتمد بشكل كبير على أسعار الغاز الطبيعي. ومع ذلك ، فإن انبعاثات الكربون الكبيرة من SMR (ما لم يتم دمجها مع التقاط الكربون واستخدامها وتخزينها - CCUs) هي مسؤولية متزايدة في عالم متزايد الواعي للكربون. عندما يتم أخذ تسعير الكربون أو اللوائح البيئية في الحسبان ، تتناقص الميزة الاقتصادية لـ SMR.
المنحلال الكهربائية (PEM & القلوية): يتمتع المنحلوليا بالكهرباء بقع أعلى مقارنة بـ SMR ، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى تكلفة مداخن المنحل بالكهرباء وإلكترونيات الطاقة. ومع ذلك ، فإن OPEX يهيمن عليها تكاليف الكهرباء. مع استمرار انخفاض أسعار الطاقة المتجددة وتصبح أكثر توفرًا ، أصبحت التكاليف التشغيلية للهيدروجين الخضراء (التي تنتجها المنحلل الكهربائية التي تعمل بالطاقة المتجددة) تنافسية بشكل متزايد. علاوة على ذلك ، توفر القدرة على إنتاج الهيدروجين الأخضر قيمة كبيرة من حيث تحقيق أهداف الاستدامة ، والوصول إلى الحوافز ، وتحسين صورة الشركات. تشير الدراسات إلى أنه على الرغم من أن الكهربات القلوية تاريخيا لها تكلفة رأسمالية أقل من PEM ، من المتوقع أن يرى كلاهما تخفيضات كبيرة في التكاليف بسبب تصنيع التقدم التكنولوجي. في المناطق التي لديها إمكانية الوصول إلى الكهرباء المتجددة منخفضة التكلفة ، تُظهر المنحلال بالكهرباء المتزايدة في الجدوى الاقتصادية وغالبًا ما تظهر عائدًا قويًا على الاستثمار (ROI) ، خاصة عند النظر في الفوائد طويلة الأجل للحد من بصمة الكربون واستقلال الطاقة. غالبًا ما يمكن تحقيق العائد على الاستثمار لتوليد الهيدروجين في الموقع في غضون بضع سنوات ، اعتمادًا على حجم التشغيل ، واستهلاك الهيدروجين ، والتكلفة السائدة للهيدروجين المسلم.
توضح الأمثلة في العالم الحقيقي الفوائد الملموسة والتطبيقات المتنوعة لمولدات الهيدروجين الصناعية ، مما يدل على تنفيذها العملي وتأثيرها في مختلف الصناعات.
واجهت شركة بارزة في معالجة الأغذية تحديات مع التكاليف المتقلبة والتعقيدات اللوجستية لمخاليط النيتروجين والهيدروجين عالية النقاء لتغليفها المعدل (MAP). احتاجت الشركة إلى إمدادات موثوقة عند الطلب من الهيدروجين من الدرجة الغذائية للتغليف لضمان نضارة المنتج وتوسيع عمر الصلاحية لعناصر مثل الوجبات الخفيفة والسلع المخبوزة.
لقد استثمروا في نظام توليد الهيدروجين المدمج الآلي (على وجه التحديد ، جهاز كهربائي صغير الحجم إلى جانب مولد النيتروجين وخلاط). ينتج هذا النظام الآن مزيج H2/N2 الدقيق المطلوب مباشرة على خطوط التغليف الخاصة بهم.
حصيلة:
سلامة الأغذية المعززة: يضمن الإنتاج المتسق في الموقع أعلى نقاء ، مما يقلل من خطر التلوث المرتبط بالتعامل مع الغاز الخارجي.
وفورات التكاليف: انخفاض كبير في تكاليف شراء الغاز والنقل ، مما يؤدي إلى عائد سريع على الاستثمار.
التحكم التشغيلي: تم إلغاء الاعتماد على الموردين الخارجيين ، وتوفير سيطرة كاملة على إمدادات الغاز الخاصة بهم ومنع تأخير الإنتاج.
مرفق صناعي عن بعد ، يعتمد سابقًا على مولدات الديزل من أجل الطاقة وتسليم الهيدروجين لعمليات تصنيع المعادن المتخصصة ، للحصول على حل طاقة أكثر استدامة واستقلالًا. إن التكلفة العالية والتأثير البيئي للديزل ، إلى جانب التحديات اللوجستية لتوصيل الهيدروجين إلى موقعها المعزول ، دفعت إلى البحث عن بدائل.
قاموا بتنفيذ نظام إنتاج الهيدروجين يعمل بالطاقة الشمسية ، ودمج مجموعة كبيرة من الألواح الكهروضوئية الشمسية (PV) مع المنحل بالكهرباء القلوية المتقدمة. يتم استخدام الكهرباء الزائدة الناتجة خلال ساعات الذروة الشمسية لإنتاج الهيدروجين ، والتي يتم تخزينها بعد ذلك في الخزانات. يمكن استخدام هذا الهيدروجين المخزن لاحقًا في خلية الوقود لتوليد الكهرباء خلال ساعات الطاقة الشمسية خارج الذروة أو مباشرة لعمليات المعالجة المعدنية.
حصيلة:
انخفاض بصمة الكربون: حققت تخفيضات كبيرة في انبعاثات غازات الدفيئة عن طريق استبدال طاقة الديزل والهيدروجين الرمادي بالطاقة المتجددة والهيدروجين الأخضر.
استقلال الطاقة: تعزيز أمن الطاقة وتقليل قابلية تقلب أسعار الوقود وتعطيل سلسلة التوريد.
الكفاءة التشغيلية: يوفر النظام المتكامل كلاً من الطاقة عند الطلب والهيدروجين ، مما يؤدي إلى تحسين عمليات المنشأة الكلية وإظهار جدوى إنتاج الهيدروجين الذي يعمل بالطاقة الشمسية للمواقع الصناعية خارج الشبكة أو عن بُعد.
يتطور سوق مولدات الهيدروجين الصناعية بسرعة ، مدفوعة بأهداف المناخ العالمية ، والتقدم التكنولوجي ، وزيادة الاستثمار في اقتصاد الهيدروجين. يعد المستقبلي أساليب إنتاج الهيدروجين الأكثر كفاءة ومستدامة ومتنوعة.
الاتجاه الأكثر أهمية هو التحول المتسارع نحو الهيدروجين الأخضر. نظرًا لأن الدول والشركات تلتزم بأهداف حياد الكربون ، فإن الطلب على الهيدروجين الذي يتم إنتاجه بانبعاثات الكربون صفر أو شبه صفرية يرتفع. وهذا يعني توسعًا هائلاً في سعة التحليل الكهربائي مدعومًا من مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية. تقوم الحكومات بسن سياسات داعمة ، وتقدم حوافز ، وتمويل مشاريع الهيدروجين الخضراء على نطاق واسع لتحقيق هذه الأهداف الطموحة. من المحتمل أن يجعل ذلك المنحلال بالكهرباء التكنولوجيا المفضلة للمنشآت الجديدة ، خاصةً عندما تكون الكهرباء النظيفة وفيرة وبأسعار معقولة.
التطور الرائع هو ظهور معدات توليد الهيدروجين في الخارج. يتضمن هذا المفهوم اقتران الكهربيات مباشرة مع مزارع الرياح الخارجية لإنتاج الهيدروجين في البحر. يوفر هذا النهج العديد من المزايا:
الاستفادة من الرياح الخارجية الوفيرة: الصنابير إلى موارد الطاقة المتجددة الواسعة والمتسقة بعيدًا عن الأرض.
انخفاض خسائر الإرسال: يحول الكهرباء إلى الهيدروجين في المصدر ، مما قد يقلل من فقدان الطاقة عبر خطوط النقل الطويلة.
التغلب على قيود الأراضي: يتجنب تعارضات استخدام الأراضي المرتبطة بمشاريع الطاقة المتجددة البرية الكبيرة ومرافق إنتاج الهيدروجين.
نقل فعال: يمكن بعد ذلك نقل الهيدروجين عن طريق خطوط الأنابيب (يحتمل أن يتم إعادة تهيئته عن خطوط أنابيب الغاز الطبيعي) أو كمشتقات مثل الأمونيا أو الميثانول ، والتي من السهل شحنها.
تجري المشاريع بالفعل ، لا سيما في أوروبا ، واستكشاف المنحلوليات على مستوى التوربينات أو الأنظمة القائمة على المنصة المركزية ، مما يشير إلى مستقبل كبير لمحاور الهيدروجين الخضراء في الخارج.
إلى جانب التقنيات السائدة الحالية ، تدفع البحث والتطوير حدود توليد الهيدروجين:
التحليل الكهربائي عالية الحرارة (HTE): المعروفة أيضًا باسم خلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب (SOECs) ، تعمل هذه التكنولوجيا في درجات حرارة أعلى بكثير (عادة 600-1000 درجة مئوية) من التحليل الكهربائي التقليدي. الميزة هي أنه يمكن توفير جزء كبير من الطاقة المطلوبة لتقسيم المياه كحرارة ، والتي غالبا ما تكون أرخص من الكهرباء ويحسن الكفاءة الإجمالية. تعتبر HTE واعدة بشكل خاص عند دمجها مع مصادر حرارة عالية الحرارة مثل المفاعلات النووية أو الطاقة الشمسية المركزة.
إنتاج الهيدروجين التحفيزي الضوئي: هذه تقنية طويلة الأجل رائدة تهدف إلى تقليد التمثيل الضوئي الطبيعي. يتضمن استخدام محفزات ضوئية أشباه الموصلات لتقسيم الماء مباشرة إلى الهيدروجين والأكسجين باستخدام ضوء الشمس فقط. على الرغم من أنه لا يزال إلى حد كبير في مرحلة البحث ، فإن التطورات في علوم المواد وتصميم المحفز يمكن أن تؤدي إلى إنتاج الهيدروجين عالي الكفاءة وغير اللامركزية حقًا دون الحاجة إلى شبكة طاقة خارجية. يحمل مسار "الطاقة الشمسية المباشرة إلى الهيدروجين" وعدًا هائلاً للهيدروجين المستدام والمنخفض التكلفة في المستقبل البعيد.
تقوم مولدات الهيدروجين الصناعية بتحويل كيفية اكتساب الشركات الهيدروجين واستخدامها ، والانتقال من الاعتماد على الموردين الخارجيين إلى الإنتاج الفعال في الموقع. هذا التحول مدفوع برغبة في زيادة التحكم التشغيلي ، والتوفير المعزز ، وفورات كبيرة في التكاليف على المدى الطويل.
يكمن النداء الأساسي لتوليد الهيدروجين الصناعي في الموقع في قدرته على توفير إمدادات H2 عالية السعة عند الطلب. هذا يعنى:
الإنتاج دون انقطاع: يزيل خطر اضطرابات سلسلة التوريد ، مما يضمن تدفقًا مستمرًا للهيدروجين للعمليات الحرجة.
وفورات التكاليف: يقلل أو يزيل النفقات المتعلقة بشراء الهيدروجين والنقل والتخزين ومعالجة الأسطوانات.
السلامة المعززة: يزيل الحاجة إلى تخزين كميات كبيرة من أسطوانات الهيدروجين المضغوطة ، مما يقلل من المخاطر المرتبطة.
التحكم في النقاء: يسمح للشركات بإنتاج الهيدروجين إلى مواصفات النقاء الدقيقة المطلوبة لتطبيقاتها ، وتجنب الإفراط في التنظيم أو نقص التنظيم.
الفوائد البيئية: خاصة مع تقنيات الهيدروجين الخضراء ، يساهم التوليد في الموقع مباشرة في جهود التخلص من الكربون وأهداف استدامة الشركات.
يتطلب اختيار مولد الهيدروجين الصناعي المثالي تقييمًا شاملاً. تشمل العوامل الرئيسية:
طلب الهيدروجين: تقييم بدقة معدل التدفق المطلوب ومستويات النقاء.
مصدر الطاقة والتكلفة: النظر في توفر وسعر الكهرباء (للكهرباء) أو الغاز الطبيعي (لـ SMR) ، وتقييم كفاءة الطاقة في النظام.
الفضاء والبنية التحتية: حساب البصمة المادية وأي ترقيات فائدة ضرورية.
احتياجات التشغيل والصيانة: ابحث عن الأنظمة الآلية مع متطلبات الصيانة التي يمكن التحكم فيها.
أهداف الاستدامة: قم بتوافق اختيارك مع التزامات شركتك البيئية ، حيث تفضل حلول الهيدروجين الخضراء حيث يكون ذلك ممكنًا.
الهاتف: +86-15850254955
البريد الإلكتروني: [email protected]
العنوان: رقم 2، المنطقة الصناعية الجنوبية، مدينة سانكانغ، مدينة دونغتاي، مدينة يانتشنغ، مقاطعة جيانغسو، الصين
حقوق الطبع والنشر ©Jiangsu Luoming Purification Technology Co., Ltd. جميع الحقوق محفوظة.
英语
俄语
法语
西班牙语
阿拉伯语
