ضواغط الحجاب الحاجز: الفرص والنمو في توسع محطات الهيدروجين المتكاملة

في السنوات الأخيرة، برزت طاقة الهيدروجين مجدداً كموضوع بالغ الأهمية في قطاع الطاقة الجديدة. وقد أُدرجت صناعة الهيدروجين صراحةً ضمن الصناعات الناشئة الرائدة التي تستحق التطوير، إلى جانب قطاعات أخرى كالمواد الجديدة والأدوية المبتكرة. وتؤكد التقارير على ضرورة العمل الجاد على تنمية محركات نمو جديدة، تشمل التصنيع الحيوي، والفضاء التجاري، والاقتصاد في المناطق المنخفضة، مع إيلاء أولوية قصوى لتسريع وتيرة تطوير صناعة الهيدروجين لأول مرة. وهذا يُبرز الإمكانات الهائلة لطاقة الهيدروجين.

يهيمن إنتاج الهيدروجين من الفحم حاليًا على هيكل الإمداد، بنسبة 64%، يليه الهيدروجين الناتج عن المنتجات الثانوية الصناعية (21%)، ثم الهيدروجين المُستخلص من الغاز الطبيعي (14%)، وأخيرًا طرق أخرى (1%). يُظهر هذا هيمنة مطلقة لإنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري بنسبة 99%، بينما يبقى الهيدروجين الأخضر المُستخلص بالتحليل الكهربائي والطرق الأخرى هامشيًا. ونتيجةً لذلك، تعتمد محطات التزود بالهيدروجين الحالية بشكل أساسي على نموذج الإنتاج والتخزين والنقل التالي: تقوم شركات البتروكيماويات في المناطق النائية بإنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري، وضغط الهيدروجين منخفض الضغط (عادةً حوالي 1.5 ميجا باسكال) إلى حوالي 20 ميجا باسكال باستخدام ضواغط، ثم تخزينه في مقطورات أنبوبية بضغط 22 ميجا باسكال. بعد ذلك، يُنقل الهيدروجين إلى محطات التزود بالوقود، حيث يخضع لضغط ثانوي إلى 45 ميجا باسكال لمركبات خلايا الوقود. يزيد هذا النموذج المُجزأ مكانيًا من تكاليف النقل، ونفقات المعدات، واستهلاك الوقت، مع بقائه مُقيدًا بإنتاج الهيدروجين الرمادي المُعتمد على الوقود الأحفوري. 

علاوة على ذلك، وبموجب اللوائح الحالية، يُصنف الهيدروجين كمادة كيميائية خطرة قابلة للاشتعال والانفجار. ونتيجة لذلك، تتركز مشاريع إنتاج الهيدروجين في الغالب في مجمعات كيميائية نائية تخضع لمتطلبات صارمة تتعلق بالسلامة والبيئة.

مع تطور تقنية التحليل الكهربائي، تتراجع تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر تدريجيًا. وفي الوقت نفسه، تدفع السياسات البيئية، مثل "الحد من انبعاثات الكربون وتحقيق الحياد الكربوني"، الهيدروجين الأخضر ليصبح اتجاهًا حاسمًا لتطوير الطاقة الغازية في المستقبل. وتتوقع وكالة الطاقة الدولية أن تستحوذ تقنيات الهيدروجين منخفضة الكربون، كالتحليل الكهربائي، على 14% من سوق الهيدروجين بحلول عام 2030، مما سيؤثر بشكل كبير على تصميم محطات التزود بالوقود. ويتيح الإنتاج القائم على التحليل الكهربائي، بفضل مواده الأولية البسيطة والمتوفرة، إنتاج الهيدروجين خارج نطاق المجمعات الكيميائية التقليدية. كما أن الضغط المباشر للهيدروجين المنتج في الموقع لتزويد المركبات بالوقود يُغني عن النقل لمسافات طويلة والضغط الثانوي، مما يقلل بشكل فعال من التكاليف الاقتصادية والوقت.

للتكيف مع سلسلة إمداد الهيدروجين السائدة القائمة على الوقود الأحفوري، يهيمن نوعان من ضواغط الحجاب الحاجز حاليًا على السوق: 1) وحدات تعبئة الهيدروجين بضغط سحب يبلغ حوالي 1.5 ميجا باسكال وضغط تفريغ يتراوح بين 20 و22 ميجا باسكال؛ 2) ضواغط محطات التزود بالوقود بضغط سحب يتراوح بين 5 و20 ميجا باسكال وضغط تفريغ يبلغ 45 ميجا باسكال. مع ذلك، تتطلب هذه العملية ذات المرحلتين تشغيلًا متناسقًا لكلا الوحدتين. علاوة على ذلك، عندما ينخفض ​​ضغط أسطوانة تخزين الهيدروجين إلى أقل من 5 ميجا باسكال، تتوقف ضواغط التزود بالوقود عن العمل، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات استخدام الهيدروجين.

في المقابل، تُظهر محطات إنتاج الهيدروجين والتزود بالوقود المتكاملة كفاءةً فائقة. في هذا النموذج، يُمكن ضغط الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائي مباشرةً من حوالي 1.5 ميجا باسكال إلى 45 ميجا باسكال باستخدام ضاغط غشائي واحد، مما يُقلل بشكل كبير من تكاليف المعدات والوقت. كما يُحسّن انخفاض عتبة ضغط السحب (1.5 ميجا باسكال مقابل 5 ميجا باسكال) من استخدام الهيدروجين بشكل ملحوظ.  

مع تطور تقنية التحليل الكهربائي، من المتوقع أن تشهد محطات الهيدروجين المتكاملة انتشارًا أوسع، مما سيزيد الطلب في السوق على ضواغط الحجاب الحاجز التي تتراوح ضغوطها بين 1.5 و45 ميجا باسكال. تمتلك شركتنا قدرات تصميم وتصنيع شاملة لتوفير حلول مخصصة لهذا النوع من التطبيقات. ومع تزايد نسبة إنتاج الهيدروجين الأخضر، من المتوقع أن تنتشر المحطات المتكاملة، مما سيوسع آفاق استخدام ضواغط الحجاب الحاجز ومجموعة منتجاتنا، بالإضافة إلى تقديم حلول مبتكرة للتزود بالوقود.

ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات قائمة في تطوير محطات الهيدروجين المتكاملة والضواغط المرتبطة بها، بما في ذلك ارتفاع تكاليف التحليل الكهربائي، وتصنيف الهيدروجين كمادة كيميائية خطرة، وعدم اكتمال البنية التحتية للهيدروجين. وسيكون معالجة هذه القضايا بفعالية أمراً بالغ الأهمية للنهوض بأنظمة طاقة الهيدروجين المتكاملة.