تطوير مفاعل متكامل لتحويل الأمونيا إلى هيدروجين في معهد ITQ الإسباني

أخبار ar.wedoany.com، طوّر باحثون في معهد الكيمياء التقنية (ITQ) مفاعلًا كهروكيميائيًا خزفيًا بروتونيًا (PCER) يدمج تفكيك الأمونيا وفصل الهيدروجين وتنقيته وضغطه في مفاعل واحد، مما يتيح الحصول مباشرة على هيدروجين عالي النقاء جاهز للتخزين أو النقل. ويأتي هذا البحث ضمن مشروع SINGLE، الذي يشارك ITQ في قيادته، ويهدف إلى استخدام هذا المفاعل كبديل لعمليات إنتاج الهيدروجين التقليدية متعددة المراحل عالية الاستهلاك للطاقة.

يُعتبر الأمونيا مرشحًا مثاليًا لنقل الهيدروجين، إذ يحتوي على 17.6% من الهيدروجين بالوزن، وتتوفر له بنية تحتية عالمية قائمة للإنتاج والتوزيع. غير أن عمليات الاستخلاص التقليدية تتسم بتعقيد خطواتها وارتفاع فقد الطاقة فيها، مما يحد من تطبيقاته كمصدر للطاقة. ويتمكن مفاعل PCER المطوَّر من تفكيك الأمونيا وفصل الهيدروجين في خطوة واحدة، دون الحاجة إلى حرارة خارجية أو ضواغط ميكانيكية. وأوضح دافيد كاتالان، باحث ما بعد الدكتوراه في ITQ وأحد المؤلفين المشاركين في الدراسة، أن المفهوم الجديد لمفاعل PCER يدمج نزع الهيدروجين من الأمونيا وفصل الهيدروجين وضغطه كهروكيميائيًا في خطوة واحدة، مما يحقق تحسنًا ملحوظًا في كفاءة الطاقة.

تتطلب الأنظمة عالية التكامل تحكمًا دقيقًا في الظواهر الكهربائية والكيميائية والحرارية داخل المفاعل. ولهذا الغرض، صمم فريق ITQ بالتعاون مع فريق جامعة البوليتكنيك في كتالونيا (UPC) نموذجًا حسابيًا قادرًا على وصف السلوك الديناميكي للخلية الكهروكيميائية في الزمن الحقيقي، بالاستعانة بخوارزميات تحكم متقدمة للحفاظ على استقرار النظام وتجنب فقد الأداء. وتتضمن الدراسة أيضًا خوارزمية تقدير للحصول على المتغيرات الرئيسية مثل الضغط الجزئي للهيدروجين ومقاومة الغشاء، مما يساعد في منع تدهور المحفز وتحسين إنتاج الهيدروجين. وأوضح الباحث في UPC أندرو سيسيليا أن المستشعرات البرمجية (soft sensors) قادرة على تحويل الإشارات غير المكتملة إلى معلومات مفيدة، مما يحسّن التحكم في المفاعل.

تم التحقق من صحة النموذج من خلال محاكاة عالية الدقة، حيث أظهر توافقًا كبيرًا في كفاءة الاستخلاص ومعدل تحويل الأمونيا والسلوك الحراري. وتُعد القدرة على التحقق في الزمن الحقيقي عاملاً حاسمًا في تحديد إمكانية التطبيق الصناعي المستقبلي لهذه التقنية.