ماذا تعرف عن أول سفينة ركاب في العالم تعمل بالهيدروجين الأخضر؟

في أحد الأنهار شمالي بلجيكا، تعمل عبّارة صغيرة بوقود يعلق الكثيرون عليه الآمال لخفض انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري من السفن حول العالم.
وهذا الوقود، الذي لا يزال قيد الاختبار في عبّارة "هيدروفيل" التي تتسع ل 16 راكبا وتنتقل بين منطقة كرويبيك وميناء أنتويرب، هو الهيدروجين. وتتضمن عبّارة "هيدروفيل"، التي دشنت منذ ثلاث سنوات بوصفها أول سفينة ركاب تعمل بالهيدروجين في العالم، محركا هجينا، يعمل بالهيدروجين والديزل.
ويقول روي كيمب، المدير المنتدب بشركة "سي إم بي" المالكة لسفينة هيدروفيل: "قررنا أن نبدأ بتصنيع هذه العبارات اليوم، رغم أنه لا يوجد طلب عليها بعد. لكننا سنضمن بذلك أنه في غضون عشر سنوات ستصبح جميع السفن التي ننتجها منخفضة الانبعاثات. فهذا الهدف لا يتحقق بضغطة زر".
وتصنّع شركة "سي إم بي" مراكب عديدة أخرى تعمل بالهيدروجين، منها عبارة تسع 80 شخصا في اليابان، تعتزم إطلاقها في مستهل 2021.
وتقول ديان غيلبين، مؤسسة تحالف الشحن الأخضر الذكي، إن نجاح هذه المراكب الهيدوجينية الصغيرة، قد يمهد لتطوير حلول تكنولوجية لا تؤذي البيئة للسفن التجارية الضخمة.
وتسهم في الوقت الراهن السفن بنسبة ثلاثة في المئة من إجمالي انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري في العالم، ومن المتوقع أن تزيد هذه الانبعاثات بنسبة 50 في المئة بحلول 2050 ما لم يتخذ القطاع خطوات جادة للحد منها.
وتعهدت حكومات في عام 2018 بخفض انبعاثات قطاع الشحن البحري بمقدار النصف بحلول 2050، لكن تحقيق هذه الوعود لا يزال يمضي بخطى بطيئة.
وتستهلك سفن الشحن كميات كبيرة من الطاقة. ولا يمكن خفض الانبعاثات إلا بتقليل استهلاك الطاقة، سواء من خلال ابتكار تصميمات للسفن موفرة للطاقة، أو تجهيزها بتقنيات لتسخير طاقة الرياح، أو إبطاء حركتها لتوفير الوقود أو ببساطة تقليل حجم البضائع المطلوب شحنها من بلد لآخر.
والأهم من ذلك، فإن خفض الانبعاثات من قطاع الشحن البحري - وهو مطلب ضروري للحفاظ على درجات حرارة العالم في المستويات الآمنة - سيكون مرهونا بإيجاد بديل للوقود الأحفوري.
وتعد شركة "سي إم بي" واحدة من الشركات التي تجري تجارب على كيفية استخدام الهيدروجين وأنواع الوقود الأخرى المصنوعة منه، كالأمونيا والميثانول، في سفن الشحن لخفض انبعاثات الكربون من القطاع. ويتميز هذا الوقود، الذي يطلق عليه في الغالب الوقود الاصطناعي، بأنه يمكن إنتاجه باستخدام الطاقة الكهربائية النظيفة الناتجة عن طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، فضلا عن أنه لا يطلق عند احتراقه الغازات المسببة للاحتباس الحراري.
لماذا الهيدروجين؟
هناك بالطبع بدائل أخرى للوقود الأحفوري بخلاف الهيدروجين، مثل الوقود الحيوي، المصنوع من المواد النباتية أو مخلفات الحيوانات. لكن تريستان سميث، الباحث في انبعاثات الشحن البحري بكلية لندن الجامعية، يقول إن الوقود الحيوي يستخدم في أغراض عديدة في قطاعات أخرى، لكن من الصعب إنتاجه بطرق لا تؤذي البيئة.
وهناك أيضا البطاريات التي تشحن باستخدام الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة، لكن سعة البطاريات محدودة وقد لا تصلح لتشغيل السفن للمسافات الطويلة. فالسفن التي تعبر المحيطات ستحتاج إلى الكثير من البطاريات، إذا كانت تعمل بالكهرباء وحدها.
في حين أن غاز الهيدروجين، وغيره من أنواع الوقود الاصطناعي، يُستخدم بالفعل على نطاق واسع في العمليات الصناعية حول العالم. وقد تضاعف الطلب على الهيدروجين ثلاث مرات منذ عام 1975. لكن جلّ الهيدروجين المستخدم في الصناعة، ينتج باستخدام الوقود الأحفوري.
وتشير الإحصاءات إلى أن إنتاج الهيدروجين يستهلك ستة في المئة من إجمالي الغاز الطبيعي واثنين في المئة من الفحم العالمي. وهذا الهيدروجين بالطبع ليس منخفض الكربون لأنه استخدم في إنتاجه الوقود الأحفوري، رغم أن السفن التي تعمل بالهيدروجين لا تطلق انبعاثات ضارة.
لكن الهيدروجين يمكن إنتاجه أيضا عن طريق استخدام مصادر الطاقة المتجددة لفصل جزيئات الماء في عملية التحليل الكهربائي للماء. وبسبب ارتفاع تكلفة هذه العملية، فإن الهيدروجين المنتج باستخدام هذه الطريقة لا يمثل سوى 0.1 في المئة من إجمالي الهيدروجين.
وتقول ماري هوباتوفا، خبيرة انبعاثات الشحن البحري بصندوق الدفاع عن البيئة: "إن الهيدروجين الأخضر قد لا يطلق إنبعاثات ضارة على الإطلاق طوال دورة حياته، أي من استخلاصه أو إنتاجه وحتى احتراقه".
وتقول زياولي ماو، الباحثة في الفريق البحري بالمجلس الدولي للنقل النظيف: "إن منتجي الوقود (الهيدروجين الأخضر) يريدون أن يروا أولا ارتفاعا في الطلب على الهيدروجين حتى يشرعوا في الاستثمار في إنتاجه. وقد بات الأمر أشبه بالمعضلة، فإن قطاع السفن ينتظر الوقود وقطاع الوقود ينتظر تطور التكنولوجيا المناسبة في السفن".
وقد بادرت شركة "سي إم بي" ببناء محطة لتزويد السيارات والحافلات والسفن بالهيدروجين في ميناء أنتويرب، وستنتج المحطة الهيدروجين باستخدام جهاز محلل كهربائي.
كيف يستخدم وقود الهيدروجين؟
ثمة طرق عديدة لاستخدام الهيدروجين كوقود للسفن، فقد يحترق في محرك احتراق داخلي، كما هو الحال في عبّارات "هيدروفيل". وإن كانت عملية حرق أي شيء في هواء يحتوي على نسبة كبيرة من النيتروجين تنتج أكسيد النتروجين، الذي يعد أحد الملوثات الرئيسية للهواء.
وقد يستخدم الهيدروجين أيضا في خلايا الوقود، حيث يمر الهيدروجين بعمليات كيميائية ليتحول إلى كهرباء، دون الحاجة لحرقه. ولا تطلق هذه العملية أي انبعاثات سوى الماء. ويقول سيمث: "إن التحدي الرئيسي الذي يحد من استخدام خلايا الوقود في السفن هو حجمها". مشيرا إلى التكاليف الباهظة لتركيب خلايا وقود كبيرة بما يكفي لتشغيل سفينة ضخمة.
وتجري شركة "ستيمولوجي" البريطانية تجارب لاستخدام البخار الناتج عن احتراق الهيدروجين في توليد الكهرباء. إذ تستخدم الشركة البخار المتصاعد عن حرق الهيدروجين مع الأكسجين النقي في خزان لتشغيل توربين لتوليد الكهرباء.
ويقول مؤسسو الشركة إن هذه التكنولوجيا الجديدة لا تزال تخضع للتجارب في القطارات، لكن لديها المقومات التي تؤهلها للاستخدام في قطاع الشحن البحري. ويقول مات كاندي، الرئيس التنفيذي للشركة: "إن هذه التكنولوجيا تعتمد على الكهرباء والبخار، ولا تنتج أكسيد النيتروجين، أي أنها لا تطلق أي انبعاثات ضارة. لكن حرق الهيدروجين في بيئة من الأكسجين ينطوي على الكثير من المشقة".
غير أن هناك الكثير من التحديات التي تعرقل إنتاج وقود الهيدروجين. أولا، غاز الهيدروجين سريع الاشتعال. ودشنت شركة "سي إم بي" برامج لتدريب فريق العمل على كيفية صيانة أنظمة الهيدروجين على متن السفن، وكيفية التعامل مع أنظمة مكافحة الحرائق. وثانيا، غاز الهيدروجين باهظ الثمن، رغم أن تكلفة إنتاجه قد تراجعت مؤخرا، وسيتطلب سعة إضافية لتخزين الكهرباء.
لكن التحدي الأكبر الذي يحد من استخدام الهيدروجين في الشحن البحري لمسافات طويلة هو صعوبة تخزينه. فتخزين الهيدروجين على متن السفن في صورة سائل، سيتطلب تجميده عند درجة حرارة 253 درحة مئوية تحت الصفر، وسيحتاج لمساحة كبيرة، تفوق المساحة التي يحتاجها وقود الغاز المسال البحري لتوليد نفس القدر من الطاقة بثمانية أضعاف.
وقد أثار ذلك مخاوف في قطاع الشحن البحري خشية التأثير على المساحة المخصصة للبضائع في السفن، رغم أن دراسة أجراها المجلس الدولي للنقل النظيف، خلصت إلى أن استخدام الهيدروجين كوقود للسفن لم يؤثر على حمولة السفن أو تشغيلها، أي لم تحتج للتوقف في ميناء إضافي للتزود بالوقود، في 43 في المئة من الرحلات بين الصين والولايات المتحدة، الذي يعد أكثر طرق الشحن البحري ازدحاما.
وقود الأمونيا
يستخدم عادة مصطلح الهيدروجين، للإشارة إلى جميع أنواع الوقود الاصطناعي، لكن الخبراء يرون أن الخيار الأفضل هو استخدام الهيدروجين الأخضر لإنتاج الأمونيا الخضراء، وهو وقود آخر صديق للبيئة يولد الطاقة عبر الاحتراق أو قد يستخدم في خلايا الوقود.
إذ يتميز الأمونيا بسهولة تخزينه (يتطلب درجات حرارة أعلى مقارنة بالهيدروجين)، ويحتاج لنصف المساحة تقريبا التي يشغلها الهيدروجين، لأنه أعلى كثافة منه. وقد يتحول الأمونيا إلى هيدروجين على متن السفينة، بمعنى أنه قد يختزن على السفينة في صورة أمونيا لكن يستخدم في خلايا وقود الهيدروجين.
ويقول سميث: "إن الحل الأفضل في الوقت الراهن هو تحويل الهيدروجين إلى أمونيا، لأن تخزين الأمونيا أقل تكلفة بمراحلة بمقارنة بالهيدروجين، فقد يختزن في خزانات الضغط العالي دون الحاجة للتجميد. لكن إنتاجه أعلى كلفة نسبيا مقارنة بالهيدروجين".
أما عن العيوب، فإن الأمونيا غاز سام للبشر والحياة البحرية، وينبغي توخي الحذر عند استخدامه. وثانيا، عملية تحويل الهيدروجين إلى أمونيا تستهلك المزيد من الكهرباء المتولدة من مصادر الطاقة المتجددة، ولهذا فإن الأمونيا أعلى سعرا من الهيدروجين.
لكن الأمونيا لا يزال يعد الخيار الأفضل في هذا القطاع، ولهذا موّل الاتحاد الأوروبي مؤخرا مشروعا لتركيب أول خلية وقود تعمل بالأمونيا في سفينة في عام 2023.
وتجدر الإشارة إلى أن الهيدروجين الأخضر لا يزال باهظ الثمن، ويشكك الكثيرون في إمكانية انخفاض سعره بما يكفي ليصبح وقودا واسع الانتشار. لكن انخفاض تكلفة إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح والطاقة الشمسية على مدى السنوات الماضية جدد الآمال في أن تشهد أسعار الهيدروجين الأخضر انخفاضا كبيرا في العقد المقبل.
ثمة بوادر على أن قطاع الشحن البحري قد شرع في الاستجابة للمخاطر التي يواجهها من أثر أزمة تغير المناخ. ويقول سميث إن الكثير من الشركات في قطاع الشحن البحري يبحثون عن بدائل للوقود الأحفوري. ويعد الوقود المستخلص من الهيدروجين، مثل الأمونيا، الخيار الأكثر ترجيحا.
ويدعم هذا الاتجاه جماعات مثل تحالف خفض الانبعاثات إلى الصفر، المكون من أصحاب سفن وموانئ ودول، تعهدوا ببناء سفن لا تطلق أية انبعاثات ضارة في البحار بحلول عام 2030. وجمع التحالف قائمة من 66 مشروعا للقضاء على الانبعاثات من سفن الشحن حول العالم، يعتمد أكثرها على وقود الهيدروجين.
لكن وتيرة خفض انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري ستظل بطيئة، ما لم تصدر لوائح وقوانين للحد من انبعاثات الكربون من قطاع الشحن. ويقول سميث: "إن الهيئات المنظمة للشحن البحري بإمكانها أن تحظر استخدام الوقود الأحفوري في السفن أو تشجع الشركات في قطاع الشحن البحري على استخدام الوقود المشتق من الهيدروجين".
ويتوقع سيمث أن تزيد التجارب على استخدام الوقود المشتق من الهيدروجين في قطاع الشحن البحري من الآن وحتى 2025. وبحلول 2030 سيزيد إقبال الشركات في القطاع على استخدام وقود الهيدروجين في السفن، وبعد عام 2010، ستُطرح سفن تعمل بالهيدروجين على نطاق واسع، تزامنا مع انخفاض تكاليف إنتاج وقود الهيدروجين وانتشار محطات التزود بوقود الهيدروجين. وتعتزم شركات في قطاع النقل البحري طلب سفن يسهل تعديلها مستقبلا لتعمل بوقود الأمونيا لتلبية متطلبات خفض الانبعاثات في السنوات العشر القادمة.
وأشار تقرير إلى أنه من الممكن خفض انبعاثات الكربون من قطاع الشحن البحري إلى ما يقرب من الصفر بحلول 2035 باستخدام الأجهزة والوسائل التكنولوجية المتوفرة في الوقت الحالي، بما في ذلك استخدام الوقود البديل الصديق للبيئة، مثل الهيدروجين.
وترى ماو أن الشركات في قطاع الشحن البحري لن تهتم بإدخال التعديلات اللازمة على السفن للحد من الانبعاثات ما لم تطبق لوائح وقوانين صارمة.
وتقول: "هناك الكثير من العوائق التي تعرقل انتشار وقود الهيدروجين في الوقت الراهن، لكن علينا أن نكرس أموال الأبحاث لتحقيق هذا الهدف مستقبلا".