إطلاق العنان لإمكانات تحويل الطاقة إلى منتجات: مستقبل حلول الطاقة المستدامة
تحويل الطاقة إلى منتجات هو عملية تحويل الطاقة إلى شيء آخر (x). على سبيل المثال، يمكن تحويل الطاقة إلى هيدروجين من خلال التحليل الكهربائي، والذي يمكن بعد ذلك استخدامه بمفرده أو بالاشتراك مع مكونات أخرى لإنتاج الوقود أو المواد الكيميائية. لا يمكن إكمال التحول الأخضر بدون تحويل الطاقة إلى منتجات. في العديد من الحالات، مثل استخدام السيارات الكهربائية أو المضخات الحرارية لتدفئة منازلنا، يمكن استبدال الوقود الأحفوري على الفور بالكهرباء. ومع ذلك، لا يمكن تشغيل كل شيء بالكهرباء أو البطاريات. نظرًا لأنه يمكن استخدام الطاقة كأساس لعملية تصنيع الوقود الأخضر، فإن تحويل الطاقة إلى منتجات أمر بالغ الأهمية للاستخدام، على سبيل المثال، في النقل الثقيل والطائرات والسفن والشاحنات. تندرج الإجراءات المستهلكة للطاقة للغاية والمستخدمة في جزء من إنتاجنا الصناعي تحت نفس الفئة. يمكن لتحويل الطاقة إلى منتجات أيضًا ضمان حصولنا على المواد الكيميائية التي نحتاجها لصنع المواد البلاستيكية والأدوية والعديد من العناصر الأخرى التي نستخدمها على أساس يومي والتي يتم إنتاجها حاليًا باستخدام الوقود الأحفوري.
كيف يعمل تحويل الطاقة إلى منتجات
يستخدم تحويل الطاقة إلى منتجات مصادر الطاقة المستدامة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتوليد الكهرباء. في المرحلة الأولى من تحويل الطاقة إلى منتجات، يتم تحليل الماء (H2O) كهربائيًا وتقسيمه إلى هيدروجين (H2) وأكسجين (O2) باستخدام الطاقة (O). بالإضافة إلى استخدامه كوقود بشكل مباشر، يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين في عملية التخليق مع إضافة النيتروجين (N) أو الكربون (C) من ثاني أكسيد الكربون CO2. يتم إنتاج أنواع جديدة من الوقود والمواد الكيميائية نتيجة لذلك، بما في ذلك الأمونيا والميثانول والميثان. نظرًا لاستخدام الكهرباء في تصنيعها، غالبًا ما يشار إليها باسم الوقود الإلكتروني أو الوقود الكهربائي. يمكن استخدامها كوقود للمركبات مثل الشاحنات والسفن والطائرات. لتمكين تحويل الطاقة إلى منتجات، يتم إجراء بحث حول كيفية دمج العمليتين.
أمثلة على تحويل الطاقة إلى منتجات
عملية التخليق بالكربون
يمكن توليد أنواع الوقود الإلكتروني بما في ذلك الديزل الإلكتروني والميثانول الإلكتروني والكيروسين الإلكتروني وثنائي ميثيل الإيثر الإلكتروني (E-DME) والميثان الإلكتروني عن طريق خلط الكربون مع الهيدروجين. هذه الأنواع من الوقود مكافئة كيميائيًا للوقود الأحفوري الحالي، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في النقل الثقيل على الفور. نظرًا لإنتاجها باستخدام الطاقة المتجددة والكربون الذي نعيد تدويره من الاستخدامات السابقة، فإن أنواع الوقود محايدة للكربون.
عملية التخليق بالنيتروجين
يتم إنتاج الأمونيا الخضراء (الأمونيا الإلكترونية)، والتي يمكن استخدامها كسماد في الزراعة أو، في النهاية، كوقود للشحن، عن طريق خلط النيتروجين (N) مع الهيدروجين. حاليًا، تقوم مصانع واسعة النطاق وعالية الاستهلاك للطاقة بتصنيع الأمونيا لاستخدامها في الأسمدة الزراعية. يمثل تصنيع الأمونيا أكثر من 1٪ من إجمالي انبعاثات الكربون العالمية. لذلك، فإن التحول إلى الأمونيا الإلكترونية سيساعد بشكل كبير في تطوير صناعة زراعية أكثر استدامة.
لماذا يعد تحويل الطاقة إلى منتجات ضروريًا
تعتبر مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح حاسمة في التحول إلى حضارة خالية من الوقود الأحفوري. في هذه الحالة، تعد القدرة على تخزين الطاقة أمرًا بالغ الأهمية حتى نتمكن من استخدامها حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة ولا يوجد نسيم. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن تزويد جزء من قطاعي النقل والتصنيع لدينا بالكهرباء وبدلاً من ذلك يحتاج إلى تحويل الكهرباء إلى شكل آخر. بالنسبة للمركبات مثل السفن والشاحنات والطائرات التي لا يمكنها العمل بالكهرباء أو البطاريات، يمكن لتحويل الطاقة إلى منتجات تأمين الوقود الذي تحتاجه. يعد تحويل الطاقة إلى منتجات أمرًا بالغ الأهمية لتأمين تصنيع العديد من العناصر المصنوعة حاليًا من الوقود الأحفوري، بما في ذلك الدهانات والبوليمرات والأدوية.
الخلاصة
يمكن الانتهاء من الإجراءات في تحويل الطاقة إلى منتجات لبعض الوقت. يجب أن يصبح تحويل الطاقة إلى منتجات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة حتى يكون الوقود المنتج قابلاً للتطبيق وبالتالي قادراً على المنافسة، على الرغم من ذلك، إذا كان سيساعد حقًا في تلبية احتياجات العالم المتزايدة من الطاقة. لا يزال إيجاد الطريقة المثلى لربط تقنيات تحويل الطاقة إلى منتجات ببقية نظام الطاقة يمثل تحديًا للباحثين. لإنشاء أفضل تآزر ممكن مع بقية نظام الطاقة منذ البداية، يجب تطوير حلول ذكية من حيث بنية النظام والبيانات والرقمنة والأتمتة.