ثورة الهيدروجين الأخضر: كيف يخفض استخدام مياه الصرف الصحي تكاليف الإنتاج بنسبة 47%؟

يمثل إنتاج الهيدروجين الأخضر تحديًا مزدوجًا يتمثل في التكلفة الباهظة والضغط الهائل على موارد المياه العذبة. تتطلب عملية التحليل الكهربائي كميات ضخمة من المياه فائقة النقاء، مما يزيد من الأعباء التشغيلية والبيئية. لكن الأبحاث الحديثة تقدم حلاً مبتكرًا ومستدامًا؛ فقد كشفت كلية الهندسة بجامعة برينستون عن إمكانية استخدام مياه الصرف الصحي كبديل استراتيجي للمياه النقية، وهو ما يمكن أن يحقق وفورات هائلة في تكاليف معالجة المياه.

ملخص الابتكار وأبرز النتائج

• خفض تكاليف معالجة المياه المطلوبة لإنتاج الهيدروجين بنسبة تصل إلى 47%.
• التغلب على مشكلة انسداد الأغشية في أجهزة التحليل الكهربائي باستخدام طريقة تحميض مياه الصرف.
• تمكين جهاز التحليل الكهربائي من العمل بكفاءة عالية لأكثر من 300 ساعة دون تدهور ملحوظ في الأداء.
• تعزيز استدامة العملية من خلال إعادة تدوير الحمض المستخدم داخل النظام.

كشف بحث جديد من كلية الهندسة بجامعة برينستون أن استخدام مياه الصرف الصحي كبديل للمياه العذبة في إنتاج الهيدروجين يمكن أن يخفض تكاليف معالجة المياه بنسبة تصل إلى 47%.

التحدي الحالي: تكلفة المياه فائقة النقاء

حالياً، يتطلب إنتاج الهيدروجين الأخضر بالتحليل الكهربائي كميات هائلة من المياه فائقة النقاء، والتي تُحضّر عادةً عبر معالجة مياه الصنبور أو المياه الجوفية. تزيد هذه العملية من التكاليف وتفرض ضغطاً كبيراً على إمدادات المياه العذبة.

تعتمد عملية التحليل الكهربائي على تقسيم الماء (H2O) إلى هيدروجين وأكسجين، حيث تنتقل أيونات الهيدروجين (البروتونات) عبر غشاء متخصص من الأنود إلى الكاثود. وعندما حاول فريق برينستون استخدام مياه الصرف الصحي المعالجة (المستخدمة عادةً للري)، واجهوا عقبة رئيسية؛ حيث تراكمت الأيونات الشائعة فيها (مثل الكالسيوم والمغنيسيوم) على الغشاء، مما أدى إلى انسداده وتدهور أداء الجهاز بسرعة.

التحميض: الحل المبتكر لتجاوز الانسداد

وللتغلب على هذه المشكلة، ابتكر الباحثون حلاً بسيطاً وفعالاً يتمثل في تحميض مياه الصرف باستخدام حمض الكبريتيك. يخلق هذا التعديل الكيميائي وسطاً غنياً بالبروتونات (H⁺)، الأكثر نشاطاً من الأيونات فتزاحمها في التفاعل مع الغشاء وتمنعها من التراكم عليه. سمح هذا الحل للجهاز بالعمل بكفاءة لأكثر من 300 ساعة دون تدهور ملحوظ.

تتميز هذه الطريقة أيضاً باستدامتها، حيث يُعاد تدوير الحمض المستخدم داخل النظام. وتشير نتائج الدراسة، المنشورة في مجلة Water Research، إلى أن هذه التقنية تفتح آفاقاً جديدة لاستخدام موارد مائية غير تقليدية لإنتاج الهيدروجين، مما يساهم في الحفاظ على المياه العذبة الثمينة.

الخاتمة

يمثل هذا البحث علامة فارقة في مجال الطاقة النظيفة. فمن خلال تحويل مياه الصرف الصحي من مشكلة بيئية محتملة إلى مورد قيم لإنتاج الهيدروجين، لا تقدم جامعة برينستون حلاً فعالاً من حيث التكلفة فحسب، بل تعزز أيضًا استراتيجيات الحفاظ على المياه العذبة العالمية. هذه الابتكارات هي حجر الزاوية في بناء مستقبل مستدام يعتمد على مصادر الطاقة المتجددة والموارد المائية غير التقليدية، مما يفتح الباب أمام توسع أسرع وأكثر مسؤولية لقطاع الهيدروجين الأخضر.