Hydrogen mon amour

تخيل مستقبلاً يأتي فيه معظم طاقة العالم من الشمس والرياح. هذا هدف تعمل العديد من الدول على تحقيقه، لكن هذه المصادر لها إيقاع طبيعي: فالشمس لا تشرق في الليل، والرياح لا تهب دائماً. وعندما يكون الطقس هادئاً ومظلماً لعدة أيام متتالية، يواجه شبكة الكهرباء نقصاً في الطاقة. وللحفاظ على استمرار الأضواء مشتعلة، نحتاج إلى وسيلة لتخزين الطاقة لتلك الفترات النادرة والصعبة. أحد الأفكال هو استخدام الهيدروجين، وهو غاز يمكن صنعه من الماء باستخدام الكهرباء، وتخزينه لفترة طويلة، ثم تحويله مرة أخرى إلى طاقة عند الحاجة. ومع ذلك، فإن صنع هذا الغاز ونقله وتحويله مجدداً إلى طاقة هي عملية تفقد الكثير من الطاقة، ويمكن أن تسبب التلوث أيضاً إذا لم تتم بعناية. ويسأل العلماء الآن سؤالاً مختلفاً: بدلاً من تصنيع هذا الوقود، هل يمكننا العثور عليه ينتظرنا بالفعل تحت الأرض؟

هذا السؤال يقع في قلب مقال جديد للفيزيائيين كريستوف جروجان وباتريك جانو، اللذين يستكشفان كيف يمكن لمصادم الجسيمات الضخم (FCC) أن يغذي نفسه دون الاعتماد بشكل كبير على الطاقة النووية. إن الـ FCC آلة مخططة لدراسة أصغر اللبنات الأساسية للكون، لكنها ستتطلب أيضاً كمية هائلة من الكهرباء — حوالي 1.3 تيراواط/ساعة كل عام. وبينما يجادل المؤلفان بأن معظم هذه الطاقة يمكن أن تأتي من مصادر متجددة مثل الشمس والرياح، إلا أنهما يقران بأن جزءاً صغيراً ولكن مهماً قد يحتاج أيضاً إلى المفاعلات النووية. والطاقة النووية نظيفة من حيث الانبعاثات الكربونية، لكنها تنتج نفايات مشعة، وهو أمر يثير قلقاً كبيراً لدى الجمهور والبيئة. ويريد المؤلفان معرفة ما إذا كانت هناك طريقة لتقليل حصة الطاقة النووية المتبقية هذه، وبالتالي تقليل النفايات المشعة المرتبطة بها، من خلال إيجاد طريقة أفضل للتعامل مع تلك الأيام التي تخبو فيها الرياح والشمس.

يبدأ المؤلفان بالمرور عبر الخيارات المتاحة لتخزين الطاقة، معتبرين المشكلة بمثابة رحلة. إن الطريقة الأكثر كفاءة لاستخدام الكهرباء هي استخدامها فور توليدها. وإذا لم يكن ذلك ممكناً، فإن الخطوة التالية الأفضل هي تخزينها في البطاريات. البطاريات ممتازة في الاحتفاظ بالطاقة لبضع ساعات، مثل الفترة من بعد الظهر حتى المساء، وهي فعالة جداً في استعادة الطاقة. ومع ذلك، تصبح البطاريات مكلفة وثقيلة للغاية إذا حاولت تخزين الطاقة لعدة أيام أو أسابيع. وبالنسبة لتلك الفجوات الطويلة، المعروفة باسم "الركود المظلم"، يتطلع المؤلفان إلى الهيدروجين. يمكن تخزين الهيدروجين في خزانات كبيرة لفترات طويلة، لكن عملية تحويل الكهرباء إلى هيدروجين، وتخزينه، ثم تحويله مجدداً إلى كهرباء هي عملية غير فعالة للغاية؛ إذ تفقد أكثر من نصف الطاقة الأصلية في الطريق.

ثم يفحص البحث فكرة صنع هيدروجين "أخضر" باستخدام الطاقة الشمسية في مناطق مشمسة بعيدة، ونقله إلى المصادم، وتحويله مجدداً إلى كهرباء. ويحسب المؤلفان أن هذا سيتطلب مزرعة شمسية ضخمة، تغطي مساحة تبلغ حوالي ثلاثة إلى أربعة كيلومترات في كل جانب، وستكلف حوالي مليار يورو لمجرد الألواح الشمسية. وحتى مع هذا الاستثمار الضخم، لن يستعيد النظام سوى حوالي 20 بالمائة من الطاقة الأصلية. ويخلصان إلى أنه بينما قد يعمل هذا كحل أخير، إلا أنه غير فعال للغاية ومكلف للغاية ليكون الحل الأساسي لاحتياجات المصادم. ويؤكد المؤلفان أن الهيدروجين ليس وقوداً سحرياً؛ بل هو ببساطة وسيلة لنقل الطاقة عبر الزمان أو المكان، ويأتي مع ثمن باهظ من حيث فقدان الطاقة والتكلفة.

وبعد استبعاد فكرة تصنيع الهيدروجين لمجرد تشغيل المصادم، يتوجه المؤلفان إلى احتمال أكثر مفاجأة: الهيدروجين الطبيعي. لفترة طويلة، تجاهل الجيولوجيون الهيدروجين الموجود تحت الأرض لأنهم كانوا يبحثون عن النفط والغاز. ومع ذلك، وجدت مسوحات حديثة في منطقة لورين بفرنسا كميات كبيرة من الهيدروجين المذاب في الماء في أعماق الأرض. وفي أحد الثقوب الاختبارية المحددة التي حُفرت على عمق 3,655 متراً، وجد العلماء هيدروجين في طبقات الصخور. وتشير بعض التقديرات إلى أن هذه المنطقة قد تحتوي على ما يصل إلى 46 مليون طن من الهيدروجين. وإذا كان هذا المورد حقيقياً ويمكن الوصول إليه، فسيكون بمثابة تغيير لقواعد اللعبة لأنه لن يتطلب العملية كثيفة الاستهلاك للطاقة لتقسيم الماء لإنتاج الوقود؛ فلطبيعة قد قامت بالعمل بالفعل.

ويتوخى المؤلفان الحذر في عدم تسمية هذه المشكلة مسألة محلولة. فهما يؤكدان أن العثور على الهيدروجين في عينة صخرية يختلف تماماً عن وجود تدفق مستمر للغاز يخرج من بئر. والسؤال الرئيسي هو ما إذا كان الخزان يمكن أن ينتج ما يكفي من الهيدروجين يومياً ليكون مفيداً. وتظهر البيانات الحالية أنه بينما يتواجد الهيدروجين، لم يثبت أحد بعد وجود معدل تدفق صناعي كبير بما يكفي لتشغيل منشأة مثل الـ FCC. ويقترح المؤلفان أنه إذا أمكن استغلال هذا المورد بشكل مستدام، فقد يكون واحداً من أنظف مصادر الطاقة المتاحة، حيث سيكون بصمته الكربونية أقل بكثير من الهيدروجين المصنوع من الوقود الأحفوري. ولن ينتج النفايات المشعة المرتبطة بالطاقة النووية، ولن يتطلب خسائر الطاقة الضخمة المرتبطة بصنع الهيدروجين من الكهرباء.

يقترح المقال مساراً عملياً للمضي قدماً. يقترح المؤلفان أن المنظمة المسؤولة عن المصادم، وهي سيرن (CERN)، يمكن أن تعمل كـ "عميل أول". فمن خلال توقيع اتفاقية طويلة الأجل لشراء الكهرباء المولدة من الهيدروجين الطبيعي، يمكنهم المساعدة في تمويل تطوير هذه الصناعة. وهذا من شأنه أن يمنح العلماء والمهندسين الثقة لبناء البنية التحتية اللازمة، واختبار معدلات التدفق، وإثبات أن المورد حقيقي. ويتناسب الجدول الزمني جيداً: إذا نجحت التجارب المخطط لها في أواخر العشرينيات، فقد تكون الصناعة جاهزة لتزويد المصادم عندما يبدأ عمله في عام 2048.

في النهاية، هذا البحث ليس وعداً بأن الهيدروجين الطبيعي سينقذ الموقف، بل هو دعوة للتحقيق فيه بجدية. يجادل المؤلفان بأنه يجب علينا التوقف عن افتراض أن كل الهيدروجين يجب أن يصنعه البشر. بدلاً من ذلك، يجب أن نبحث عن الهيدروجين الذي أنتجته الأرض منذ آلاف السنين. ويخلصان إلى أنه بينما لا تزال طاقة الاندماج وغيرها من التقنيات المتقدمة بعيدة المنال، فإن الهيدروجين الطبيعي يقدم إمكانية ملموسة وفورية. التحدي الآن هو الانتقال من الأمل إلى البيانات الصلبة، وقياس التدفق، والتحقق من البصمة الكربونية، وتحديد ما إذا كان هذا "الذهب الأبيض" هو حقاً مورداً يمكننا الاعتماد عليه. الإجابة ليست معروفة بعد، لكن المؤلفين يعتقدان أنها مسألة تستحق السؤال، وهي مسألة قد تغير طريقة تشغيل مستقبلنا.