إيمرسون: تمهيد الطريق لمستقبل واعد في النقل المستدام

بقلم نيك بوكيري، رئيس قسم الأتمتة المنفصلة في Emerson في الأمريكتين

إن السعي وراء إزالة الكربون يقود تغييرات عميقة في مجال النقل، مما يضع الصناعة على شفا تحول هائل.

تم تصميم منظم تقليل الضغط ذو المرحلتين من سلسلة TESCOM HV-3500 خصيصًا للاستخدام على متن المركبات الصناعية والتجارية التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين. يتيح HV-3500 للمصنعين زيادة كفاءة استهلاك الوقود إلى الحد الأقصى والحفاظ على الأساطيل على الطريق لمسافات أطول. (الصورة مقدمة من إيمرسون)

أصبحت معالجة التأثيرات الأكثر تطرفًا لتغير المناخ ومنعها الآن بمثابة استراتيجية محورية للحكومات والصناعات في جميع أنحاء العالم. وكان تقديم التشريعات التي تشمل الأهداف الطموحة لخفض الانبعاثات الكربونية إلى الصفر سبباً في تحفيز كل قطاع، بما في ذلك قطاع النقل، على البحث عن أساليب مبتكرة لإزالة الكربون.

يساهم قطاع النقل حاليًا بنسبة 29% من إجمالي انبعاثات الغازات الدفيئة في الولايات المتحدة، مما يوفر فرصة كبيرة للحد من بصمته الكربونية من خلال تكنولوجيا موفرة للطاقة ومنخفضة الانبعاثات.

إن مجرد الحد من انبعاثات الكربون أو احتجازها من المركبات التي تعمل بالوقود الأحفوري لن يكون كافيا على المدى الطويل. إن الهدف النهائي لتحقيق تقدم كبير في الصناعة وتحقيق أهداف صافي الصفر واضح: يجب على جميع المركبات توليد ونقل الطاقة دون انبعاثات الكربون.

تستثمر الشركات عبر طيف النقل في العديد من حلول الطاقة الخالية من الكربون، مع الاعتراف بأنه لا يوجد نهج واحد يناسب الجميع لتحقيق صافي انبعاثات صفرية. ورغم أن السيارات التي تعمل بالبطاريات الكهربائية تظهر نموا سريعا، فإنها لا تستطيع وحدها مواجهة التحدي؛ المركبات التي تعمل بالهيدروجين تملأ فجوات الأداء.

التقدم في المركبات الخالية من الكربون

تعمل اللوائح الحكومية، المصحوبة بتكنولوجيا صافي الانبعاثات الصفرية، على دفع التحول من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة الخالية من الكربون عبر المراحل. إن تبني سبل تكنولوجية متعددة، من تعزيز كفاءة محركات الاحتراق الداخلي إلى تشجيع اعتماد المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات من خلال الحوافز، يدعم الاستثمار في إمكانات المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين.

تم تصميم حلول مثل منظم ضغط التنفيس من سلسلة TESCOM 26-2000 لتوفير تحكم آمن وموثوق ودقيق في العمليات في صناعة الهيدروجين. (الصورة مقدمة من إيمرسون)

شهدت السيارات التي تعمل بالبطاريات الكهربائية نموًا سريعًا على مدار 15 إلى 20 عامًا الماضية. وعلى الرغم من تعزيز كفاءة تخزين البطارية واستهلاك الطاقة، إلا أنها تظل أكثر ملاءمة للمسافات القصيرة. إن محدودية المسافة المقطوعة بين عمليات إعادة الشحن تجعلها غير مناسبة للسفر لمسافات طويلة المعتادة في النقل بالشاحنات التجارية. قد تواجه شاحنة المسافات الطويلة التي تعمل بالبطارية تحديات إما في حمل نفس الحمولة أو تتطلب توقفات إعادة شحن متكررة أكثر بسبب وزن البطارية الثقيلة.

الاستفادة من البنية التحتية القائمة

ومن الممكن أن تعمل البنية التحتية الصناعية والتكنولوجية القائمة على تسهيل عملية الانتقال نحو إزالة الكربون. إن تكييف تقنية محركات الاحتراق الداخلي الحالية لاحتراق الهيدروجين يمثل بديلاً لتطبيقات محددة، مثل الآلات الثقيلة التي تتطلب دفعات عالية الطاقة.

على الرغم من العيوب مثل الانبعاثات، يمكن أن يكون احتراق الهيدروجين بديلاً قابلاً للتطبيق لتكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين في تطبيقات محددة. على الرغم من أن احتراق الهيدروجين لا ينتج عنه انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2)، فإنه يولد انبعاثات أكسيد النيتروز (NOx) عندما يحترق الهيدروجين مع غاز النيتروجين (N2). ومع ذلك، فإن كفاءة خلايا وقود الهيدروجين عادة ما تتجاوز 50%، في حين أن احتراق الهيدروجين ينتج كفاءة تتراوح بين 25-30%.

العوامل الحاسمة في إزالة الكربون

يلعب الوزن دورًا محوريًا عند مقارنة خلايا وقود الهيدروجين بتخزين البطاريات، خاصة بالنسبة لنقل البضائع لمسافات طويلة. بالنسبة لتخزين الطاقة المكافئة، تكون خلايا وقود الهيدروجين أخف من البطاريات، مما يتيح للشاحنات المجهزة بخلايا وقود الهيدروجين نقل حمولة مماثلة لشاحنات الديزل. يتم إعادة تزويد خزانات الهيدروجين بالوقود بشكل أسرع بكثير من إعادة شحن بطاريات الشاحنات، مما يزيد من وقت القيادة على الطرق الطويلة.

مجموعة متنوعة من الخيارات

وبدعم من المبادرات الحكومية والمشاريع العالمية، فإن صناعة الهيدروجين مهيأة للتوسع السريع.

المركبات التجارية

تمثل تكنولوجيا الهيدروجين في شاحنات الشحن لمسافات طويلة فرصة كبيرة لإزالة الكربون من قطاع النقل الرئيسي. توفر الشاحنات التي تعمل بالهيدروجين أوقاتًا أقصر للتزود بالوقود ومسافات سفر أطول بين محطات التوقف مقارنة بالشاحنات الكهربائية التي تعمل بالبطارية. على سبيل المثال، قطع أسطول من الشاحنات التي تعمل بالهيدروجين ومقره سويسرا أكثر من 3 ملايين ميل منذ عام 2020. وتقوم شركات السلع الاستهلاكية الكبرى أيضًا باختبار شاحنات نصف تعمل بالهيدروجين لتحل محل أساطيل الديزل الخاصة بها.

وسائل النقل العامة

ويجري استكشاف المزيد من تطبيقات خلايا وقود الهيدروجين في وسائل النقل العام، ويتجلى ذلك في حصول مدينة نيويورك على منحة لأول حافلتين تعملان بخلايا الوقود ودعم محطات التزود بالوقود. ومن المتوقع أن تقوم هذه الحافلات بنقل الركاب بحلول نهاية عام 2024.

القطارات

يمكن أن يؤدي دمج المولدات الكهربائية التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين في قطارات الركاب إلى استبدال قاطرات الديزل الكهربائية. ستحمل هذه القطارات ما يكفي من الهيدروجين للسفر لمسافات طويلة، مما يتيح تباعد البنية التحتية للتزود بالوقود الهيدروجيني وتسهيل الانتقال إلى تكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين.

وقد تم بالفعل طرح نظام "Hydrarail" الذي يستخدم وقود الهيدروجين على متن الطائرة. وفي ألمانيا، قطع قطار ركاب يعمل بخلايا وقود الهيدروجين مسافة 1175 كيلومترًا دون إعادة تزويد خزان الهيدروجين بالوقود في عام 2018.

رسم مسار أكثر خضرة

إن الاعتماد على تقنية واحدة فقط يخاطر بإبطاء التحول إلى مستقبل خالي من الانبعاثات في مجال النقل. تبشر كل من تقنيات خلايا الوقود الهيدروجينية الخضراء والمركبات الكهربائية والمركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية بالحد بشكل كبير من انبعاثات غازات الدفيئة في هذا القطاع. وبدلاً من سيناريو "إما/أو"، يكمن المستقبل في اعتماد كلتا التقنيتين، نظراً لمزاياهما الفريدة التي تناسب مختلف قطاعات النقل.

على الرغم من أنه لم يتم تطويره على نطاق واسع مثل تكنولوجيا البطاريات الكهربائية، إلا أن الهيدروجين الأخضر يظهر إمكانات في تلبية احتياجات النقل الرئيسية. ومن خلال الاستثمارات الاستراتيجية عبر سلسلة القيمة بأكملها، يمكن لصناعة الهيدروجين رفع مستوى تقنياتها وبنيتها التحتية بكفاءة، مما يقربنا من المستقبل الخالي من الكربون الذي نسعى إليه.