ثورة خضراء من قلب المحيط: الهيدروجين مباشرةً من مياه البحر

يهدف مشروع SalYsAse إلى إنتاج الهيدروجين الأخضر مباشرةً من مياه البحر داخل توربينات الرياح، باستخدام ميكروبات بحرية وهياكل تيتانيوم. تتم العملية دون مياه عذبة أو تحلية مكلفة أو نواتج سامة، ما يجعلها مستدامة وفعالة ومنخفضة التكلفة.

غالبًا ما تُنتج توربينات الرياح البحرية كهرباء فائضة لا يمكن نقلها إلى اليابسة، ما يؤدي إلى إيقافها. الحل الفعّال: تحويل الكهرباء مباشرة إلى هيدروجين أخضر قابل للتخزين، من مياه البحر حيث تُنتج الطاقة. هذا هو جوهر مشروع SalYsAse، الذي يعتمد على التحليل الكهربائي لمياه البحر باستخدام بكتيريا بحرية على طبقات تيتانيوم لنشر الغاز. من خلال التحليل الكهربائي، تُحوَّل الكهرباء إلى هيدروجين وأكسجين، ويُعد الهيدروجين الناتج محايدًا للكربون، قابلًا للتخزين والنقل بسهولة. يحظى المشروع بتمويل من الوزارة الاتحادية الألمانية للبحث والتعليم (BMBF) بقيمة 733,000 يورو على مدى ثلاث سنوات، دعمًا لتطوير حل مستدام وفعال لاستغلال طاقة الرياح البحرية بأقصى كفاءة.

يهدف مشروع SalYsAse إلى إنتاج الهيدروجين من مياه البحر عبر التحليل الكهربائي بطريقة مستدامة وفعالة من حيث التكلفة، مع تقليل الاعتماد على المحفزات الكيميائية، وفقًا للدكتورة ميريام بيرنر، أستاذة علم الأحياء الدقيقة الجيولوجية في مركز جيومار للأبحاث البحرية في كيل. وتقود بيرنر المشروع بالتعاون مع البروفيسورة الدكتورة المهندسة يانا شلوسر، أستاذة هندسة المواد في جامعة كيل للعلوم التطبيقية، وفلوريان جيردتس، كبير مهندسي العمليات في شركة Element22 لتقنيات المواد.

تحديات التحليل الكهربائي لمياه البحر

يتطلب التحليل الكهربائي تقليديًا مياهًا عذبة نقية لتجنب التآكل الناتج عن الأملاح والمعادن. لكن مع أن المياه العذبة لا تشكل سوى 2.5% من موارد المياه العالمية، فإن الاعتماد عليها أو على عمليات التحلية يُعد خيارًا مكلفًا وغير مستدام. في إطار مشروع SalYsAse، يعمل الباحثون على استخدام مياه البحر مباشرةً، ما يُوفر الموارد ويُقلل التكاليف. إلا أن العملية تواجه تحديات فنية معقدة، أبرزها خطر تكوّن غاز الكلور السام أثناء التحليل الكهربائي بسبب محتوى الملح العالي، إلى جانب احتمال تآكل الأقطاب الكهربائية ووقوع تفاعلات جانبية غير مرغوبة. وتُوضح خبيرة المواد البروفيسورة يانا شلوسر: "نهدف إلى الحد من هذه التأثيرات من خلال استخدام مواد مناسبة بالتكامل مع كائنات دقيقة بحرية، لضمان عملية آمنة ومستقرة".

محفزات وأغشية فعّالة

في إطار مشروع SalYsAse، يعمل الباحثون على الاستفادة من الميكروبات البحرية – وتحديدًا البكتيريا من بحر البلطيق وبحر الشمال – نظرًا لقدرتها العالية على التكيّف مع البيئة المالحة. وبدلًا من الاعتماد على عنصر الإيريديوم النادر والمكلف، يسعى الفريق إلى توظيف هذه الكائنات الدقيقة كمحفزات حيوية للتغلب على تحديات التحليل الكهربائي لمياه البحر. تُوضح الدكتورة ميريام بيرنر: "الإيريديوم مقاوم للتآكل، لكنه عنصر نادر. لذا نهدف إلى استخدام محفزات حيوية – ميكروبات – لتقليل أو حتى القضاء على التحديات الناتجة عن ملوحة المياه".

يعتمد المشروع أيضًا على تطوير أغشية عالية الكفاءة لفصل الهيدروجين عن الأكسجين أثناء التحليل الكهربائي، إلى جانب طبقة نقل مسامية تعمل على تمرير التيار الكهربائي ووسائط التفاعل. ويشرح فلوريان جيردتس، كبير مهندسي العمليات: "الابتكار في SalYsAse هو أننا نُصمم طبقة النقل بحيث تُستخدم أيضًا كحامل للميكروبات، ما يتيح حدوث التحفيز البيولوجي مباشرةً داخل خلية التحليل الكهربائي".لتحقيق ذلك، يُخطط الفريق لاستخدام هياكل تيتانيوم مسامية تتميز بمقاومتها العالية للتآكل، مما يجعلها مثالية للعمل في بيئة بحرية.

الميزة الكبرى لهذه التقنية أنها تُنفذ مباشرةً في موقع إنتاج الكهرباء – أي في توربينات الرياح البحرية – دون الحاجة إلى نقل الطاقة إلى اليابسة، وهي عملية مكلفة وتسبب فاقدًا في الطاقة. وبدلاً من ذلك، سيتم إنتاج هيدروجين نظيف ومحايد مناخيًا في الموقع، مما يفتح المجال لاستخدامه بفعالية في الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة، مثل إنتاج الصلب والمواد الكيميائية.

الشركاء:

يضم مشروع SalYsAse عددًا من الشركاء الرئيسيين، على رأسهم جامعة كيل للعلوم التطبيقية، التي تتولى تنسيق الجهود البحثية من خلال مركزها للبحث والتطوير. كما تُشارك شركة Element22، المتخصصة في تصنيع مكونات التيتانيوم، من مقرها في كيل. يندرج المشروع تحت مظلة شركة SalYsAse، التابعة لتحالف CAPTN Energy، وهو تحالف ابتكاري في ولاية شليسفيغ هولشتاين يركز على تسخير الطاقات المتجددة في التطبيقات البحرية المستدامة.