تعزيز التنمية المستدامة: يلقي البروفيسور تشنغ نانفنغ من جامعة شيامن كلمة رئيسية بعنوان "الهيدروجين الأخضر لتمكين قطاع الشحن: المسارات والتحديات والآفاق المستقبلية"

في منتدى بناء السفن ضمن فعاليات المؤتمر العالمي للشحن البحري لعام 2025، ألقى البروفيسور تشنغ نانفنغ، من جامعة شيامن، مدير مختبر جياغينغ للابتكار، وباحث في معهد نيو كورنرستون للأبحاث، كلمة رئيسية بعنوان "الهيدروجين الأخضر يُعزز قطاع الشحن: المسارات والتحديات والآفاق المستقبلية". وتناول البروفيسور تشنغ في كلمته جوهر التحول إلى الطاقة النظيفة، مستكشفًا آفاق تطبيق طاقة الهيدروجين والوقود الأخضر في قطاع الشحن، والعوائق التقنية التي تواجهها، والمسارات الرائدة التي تسلكها. كما شرح بالتفصيل التحديات والفرص التي تواجه التحول نحو اقتصاد خالٍ من الكربون، مُربطًا ذلك بالوضع الراهن لهيكل الطاقة في الصين وممارساتها الصناعية.

أولاً: التحول الصيني نحو الطاقة الخالية من الكربون: تحديات هائلة، ومسارات متعددة متوازية

أشار البروفيسور تشنغ إلى أن هيكل الطاقة في الصين لا يزال يهيمن عليه الفحم، مع اعتماد كبير على الوقود الأحفوري، مما يشكل تحدياً كبيراً لتحقيق انبعاثات شبه معدومة. وبينما يمكن لتقنية تحويل الفحم إلى نفط التقليدية أن تخفف من نقص الوقود السائل، إلا أن انبعاثاتها الكربونية العالية تجعل من الصعب تلبية متطلبات انعدام الكربون.

لمعالجة أزمة الطاقة التي تواجهها، تبنت الصين استراتيجية متعددة المحاور: ضمان أمن إمدادات النفط الخام مع إعطاء الأولوية لمصادر الطاقة الجديدة باعتبارها جوهر تحولها الاقتصادي. في 24 سبتمبر، أعلن الرئيس شي جين بينغ في قمة الأمم المتحدة لتغير المناخ أنه بحلول عام 2035، سينخفض ​​صافي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الصين، عبر جميع قطاعات الاقتصاد، بنسبة تتراوح بين 7% و10% عن مستويات الذروة، مما يتطلب قدرة إجمالية مركبة تبلغ 3.6 مليار كيلوواط من طاقة الرياح والطاقة الشمسية. حاليًا، تبلغ القدرة المركبة حوالي 1.7 مليار كيلوواط فقط، مما يستلزم إضافة 1.9 مليار كيلوواط خلال العقد المقبل، أي ما يعادل أكثر من 1.1 ضعف القدرة الحالية.

ثانيًا: التناقض الجوهري في تطوير الطاقة الجديدة: الاستهلاك وتخزين الطاقة على المدى الطويل

أكد البروفيسور تشنغ أن التطور واسع النطاق للطاقة الجديدة لا يكمن فقط في هدف القدرة المركبة، بل والأهم من ذلك، في مشكلة الاستهلاك. فطاقة الرياح والطاقة الشمسية تتسمان بتقلبات وانقطاعات متأصلة، وعدم التوافق بين ذروة توليد الطاقة وذروة استهلاك الكهرباء يحد من استخدامهما على نطاق واسع.

تسعى الصين حاليًا إلى تهيئة بيئة مواتية للطاقة المتجددة من خلال التحول المرن لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، إلا أن هذا التحول يقترب من الحد الأقصى لقيمة القصور الذاتي لنظام الطاقة. لم يعد بإمكان نظام الطاقة التقليدي التكيف مع مصادر الطاقة المتجددة عبر التحول البسيط لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم؛ لذا، أصبح بناء "نظام طاقة جديد" خيارًا لا مفر منه. في السنوات الأخيرة، ومع التطور السريع لصناعة تخزين الطاقة، تبين أن تخزين الطاقة باستخدام بطاريات الليثيوم أيون مناسب فقط للحالات قصيرة الأجل، ولا يمكنه تلبية الطلب المتقلب بين المواسم أو الطلب المرتفع والمنخفض بشكل اقتصادي. وهذا يوفر فرصة كبيرة لتطوير طاقة الهيدروجين.

ثالثًا: طاقة الهيدروجين: مفتاح لتخزين الطاقة على المدى الطويل واستبدال الطاقة

تتمتع طاقة الهيدروجين بخصائص الطاقة والمادة، مما يتيح تخزين الطاقة على نطاق واسع ولفترات طويلة، ويمكن تحويلها إلى وقود سائل صديق للبيئة، لتكون بمثابة حلقة وصل بين مصادر الطاقة الجديدة وتطبيقات الاستخدام النهائي. يمثل استهلاك بلادي السنوي من الهيدروجين حوالي 40% من الإجمالي العالمي، وقاعدتها الصناعية متينة. في قطاعات محددة كالتعدين، تشكلت حلقة مغلقة من "إنتاج الهيدروجين - تخزين الهيدروجين - استخدام الهيدروجين"، مما يحقق جدوى اقتصادية. ومع ازدياد القدرة المركبة لمصادر الطاقة الجديدة، سيتضح جلياً الطلب على تخزين الطاقة على المدى الطويل، وستتحقق القيمة الكاملة لطاقة الهيدروجين.

ومع ذلك، لا تزال صناعة طاقة الهيدروجين تواجه تحدياتٍ كعدم كفاية البنية التحتية وضيق نطاق التطبيق. علاوةً على ذلك، على المستوى التقني، يصعب على التحليل الكهربائي التقليدي للماء لإنتاج الهيدروجين التكيف مع تقلبات مصادر الطاقة الجديدة، وفي البيئة التجارية، ثمة ظاهرة "التركيز على السعر على حساب الأداء" في أجهزة التحليل الكهربائي، وهي معدات أساسية بالغة الأهمية.

لمعالجة المشكلات المذكورة آنفًا، اقترح فريق البروفيسور تشنغ حلًا تقنيًا متكاملًا يجمع بين إنتاج الهيدروجين القلوي منخفض التكلفة وإنتاج الهيدروجين باستخدام غشاء تبادل البروتونات (PEM) القادر على التكيف مع تقلبات الطاقة. يستخدم هذا الحل المتكامل ما بين 10% و20% فقط من مكونات غشاء تبادل البروتونات، مما يحقق استهلاكًا منخفضًا للطاقة يصل إلى 4.3 كيلوواط/متر مكعب قياسي، ويمكنه العمل بثبات ضمن نطاق واسع من تقلبات الطاقة يتراوح بين 20% و150%، متكيفًا مع تقلبات مصادر الطاقة الجديدة، ومحققًا استهلاكًا منخفضًا للطاقة وتشغيلًا مستقرًا في ظل تقلبات واسعة النطاق. أما فيما يتعلق بتحسين التكلفة، فباستخدام إنتاج الهيدروجين خارج الشبكة، إذا أمكن خفض سعر الكهرباء خارج الشبكة إلى 0.1 يوان/كيلوواط، مع تحسين تكاليف محطة الطاقة وتكاليف الإنشاءات الهندسية في الوقت نفسه، فمن المتوقع أن ينخفض ​​سعر الهيدروجين مستقبلًا إلى 10 يوان/كيلوغرام، مما يعزز التطبيق واسع النطاق لطاقة الهيدروجين.

رابعاً: الوقود الأخضر: المسار الحتمي نحو التحول إلى قطاع الشحن الخالي من الكربون

1. المزايا الموقعية تدفع تطوير الوقود الأخضر

مع محدودية الخيارات المتاحة لقطاع الشحن البحري الخالية من الكربون، أصبحت أنواع الوقود السائل الأخضر خيارًا أساسيًا. وتُظهر خطوط الشحن العالمية تركيزًا كبيرًا للسفن في مياه شرق آسيا. ويُعدّ نقل أنواع الوقود الأخضر من مناطق إنتاج الطاقة التقليدية، مثل شمال أفريقيا والشرق الأوسط، إلى آسيا مكلفًا للغاية لمسافات طويلة نظرًا لانخفاض قيمتها الحرارية مقارنةً بالنفط. إلا أن الصين، بفضل مواردها المحلية الوفيرة من الطاقة المتجددة، قادرة على إنتاج أنواع الوقود الأخضر محليًا، مما يمنحها ميزة جغرافية كبيرة، ويُحتمل أن يُغيّر مشهد إمدادات الوقود الأخضر العالمي.

2. تجاوز التفكير الكيميائي التقليدي: استكشاف الإنتاج المرن

يُعدّ مسار "الكهرباء الخضراء - الهيدروجين الأخضر - الوقود السائل الأخضر" ناضجًا إلى حد كبير، إلا أن العمليات الكيميائية التقليدية تعتمد على ظروف تشغيل مستقرة، مما يجعلها غير ملائمة لتقلبات مصادر الطاقة الجديدة. علاوة على ذلك، فإن ارتفاع تكاليف الاستثمار وفترات استرداد رأس المال الطويلة للمشاريع الكيميائية التقليدية تزيد من تكاليف الوقود. لذلك، ثمة حاجة ملحة لاستكشاف مسارات إنتاج مرنة ذات استثمارات ثابتة منخفضة.

يعمل فريق البروفيسور تشنغ على تطوير تقنية تربط مباشرةً بين التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين وهدرجة ثاني أكسيد الكربون. وبالجمع بين هذه التقنية وتعديلات هيكلية للمفاعل، يمكن تقليل تكاليف المعدات والاستثمارات الثابتة، وتحقيق تشغيل مستقر في ظل ظروف متغيرة، مما يوفر مسارًا جديدًا لإنتاج الوقود النظيف.

3. مقارنة اختيار الوقود بين الميثانول والأمونيا

يُعدّ الميثانول وقودًا انتقاليًا قصير الأجل، ويتوافق جيدًا مع السفن الحالية. مع ذلك، فإن إنتاجه من الوقود الأحفوري يُنتج انبعاثات كربونية عالية. في حين أن إنتاج الميثانول من الكتلة الحيوية يُمكن أن يُحقق انبعاثات كربونية صفرية، إلا أن تشتت مصادر الكتلة الحيوية يستلزم نقلها عبر المناطق لإنتاجها على نطاق واسع، مما يُؤدي إلى ارتفاع التكاليف.

من ناحية أخرى، يتمتع وقود الأمونيا بمزايا طويلة الأجل. فالنيتروجين متوفر بكثرة ورخيص الثمن؛ وإذا انخفض سعر الهيدروجين إلى أقل من 10 يوانات/كجم، فمن المتوقع أن ينخفض ​​سعر الأمونيا الخضراء إلى أقل من 3000 يوان/طن، مما يجعلها منافسة اقتصادياً؛ علاوة على ذلك، فهي تحترق دون انبعاثات كربونية، مما يحقق خفضاً شاملاً لانبعاثات الكربون. حالياً، تشهد تقنيات محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالأمونيا وتقنيات التوربينات الغازية تقدماً مطرداً، وفي المستقبل، لن تقتصر استخداماتها على السفن فحسب، بل ستساهم أيضاً في خفض انبعاثات الكربون بشكل كبير في قطاع الطاقة.

خامساً: تعزيز التحول إلى الطاقة الخضراء وأهداف الشحن الخالية من الكربون بشكل تآزري

لخص البروفيسور تشنغ أن الصين تتمتع بالفعل بميزة عالمية رائدة في مجال توليد الطاقة المتجددة، من حيث القدرة والتكنولوجيا والتكلفة. ومع ذلك، فإن تحقيق أهداف التحول إلى الطاقة النظيفة والشحن الخالي من الكربون يتطلب تحويل المزايا الفردية إلى مزايا نظامية شاملة. وهذا يستلزم جهودًا تعاونية من الصناعة والأوساط الأكاديمية وصناع السياسات. ومن خلال تحقيق اختراقات تكنولوجية وتآزر صناعي عبر سلسلة "الكهرباء الخضراء - الهيدروجين الأخضر - الأمونيا الخضراء/الميثانول الأخضر" بأكملها، ستتبوأ الصين مكانة رائدة في التحول العالمي للطاقة والتحول إلى الشحن الخالي من الكربون.

قراءة متعمقة:

أنشأت شركة هواشانغ للطاقة ومختبر جياغينغ للابتكار شركة هواشانغ شيامن لتكنولوجيا طاقة الهيدروجين (شيامن) المحدودة، وهي شركة رائدة في مجال الابتكار التكنولوجي متخصصة في التحليل الكهربائي للماء القلوي لإنتاج الهيدروجين. تلتزم الشركة بالبحث والتطوير المبتكر للمواد الأساسية مثل أقطاب المحلل الكهربائي والأغشية المركبة، بالإضافة إلى هياكل خلايا الوقود، بهدف ابتكار معدات عالية الأداء لإنتاج الهيدروجين. تُظهر نتائج اختبارات المحللات الكهربائية التي طورتها وأنتجتها شركة هواشانغ لتكنولوجيا طاقة الهيدروجين بشكل مستقل أن استهلاك الطاقة الإجمالي لإنتاج الهيدروجين أقل من 4.4 كيلوواط ساعة/متر مكعب، ونطاق تعديل الحمل من 30% إلى 110%، ومحتوى الهيدروجين في الأكسجين أقل من 1.5% عبر نطاق الطاقة بأكمله، ومعدل استجابة زيادة/انخفاض الحمل أكبر من 10%/ثانية، ووقت بدء التشغيل البارد أقل من 10 دقائق. حالياً، تم تسليم منتجات الشركة بنجاح إلى مشاريع إنتاج الهيدروجين من طاقة الرياح، ويتم استخدام الهيدروجين الأخضر في عملية تصنيع الأمونيا الكيميائية اللاحقة، مما يمثل مشروعاً هاماً في التحول الأخضر للصناعة الكيميائية في الصين.