دا نانغ: طلاب يبتكرون جهاز تخزين الهيدروجين

استخدمت مجموعة من الطلاب من مدينة دا نانغ مواد هيدريد معدنية وتقنيات تسخين لتنفيذ عملية شحن وتفريغ الهيدروجين، ما أدى إلى إنشاء جهاز يمكنه تخزين أكثر من 20 جرامًا من الهيدروجين الغازي.

أجرى البحث كل من فو دو دينه، ولي آن فان، ولام داو نون، ونجوين هونغ تام، وماي دوك هونغ، من قسم ميكانيكا السيارات، بكلية الهندسة الميكانيكية، جامعة التعليم التقني - جامعة دانانغ، اعتبارًا من أكتوبر 2023. يركز المنتج على تقنية تخزين طاقة الهيدروجين الصلبة، المطبقة في أنظمة إدارة الطاقة والنقل الأخضر.

صُمم المنتج من جزأين رئيسيين: خزان هيدروجين مزود بمكونات مساعدة، ونظام تحكم ذكي. يعتمد مبدأ تشغيل الخزان على تفاعل معدن المغنيسيوم الموجود فيه مع الهيدروجين لتكوين مركب هيدريد المغنيسيوم (MgH₂). عند تسخينه إلى درجة حرارة تتراوح بين 250 و350 درجة مئوية، يحدث شحن الهيدروجين تحت ضغط يزيد عن 1 بار. وفي المقابل، يحدث إطلاق الهيدروجين عندما يكون الضغط أقل من 1 بار.

باستخدام نظام ذكي يضم وحدات تحكم دقيقة ومستشعرات لمراقبة درجة الحرارة والضغط والتحكم فيهما، يضمن النظام عمله بكفاءة وأمان أثناء انتقال الطور لمركب تخزين الهيدروجين.

وفقًا لقائد الفريق فو دو دينه، تتوفر حاليًا ثلاث تقنيات لتخزين الهيدروجين، وهي: الغاز المضغوط، والغاز المسال، والهيدروجين الصلب. في حالة الغاز المضغوط، يُخزن الهيدروجين في خزانات عالية الضغط، تتراوح بين 350 و700 بار (5000-10000 رطل/بوصة مربعة). أما في حالة الهيدروجين السائل، فيُبرَّد إلى -253 درجة مئوية ليتحول إلى حالة سائلة، ثم يُخزَّن في خزانات معزولة. أما في حالة الهيدروجين الصلب، فيُخزَّن في مركبات هيدريد معدنية أو مواد ماصة أخرى، مثل الأطر المعدنية العضوية (MOFs) وأنابيب الكربون النانوية، وغيرها.

وفقًا لدينه، لكل طريقة تخزين مزاياها وعيوبها. لذلك، يعتمد اختيار التقنية على غرض الاستخدام، سواءً للنقل أو التخزين الثابت أو التطبيقات المحمولة، مع مراعاة عوامل التكلفة والأداء والسلامة.

أفاد فريق التقييم بأن تحدي تخزين الهيدروجين يتطلب تقنيات معقدة وعالية التكلفة لضمان السلامة والكفاءة. ويُعدّ نقص البنية التحتية الداعمة وانخفاض الكفاءة الاقتصادية عائقين رئيسيين أمام الاستخدام الواسع النطاق للهيدروجين كمصدر للطاقة النظيفة.

في بحث الفريق، سعى الأعضاء إلى ابتكار جهاز تخزين هيدروجين صلب، نظرًا لأمان هذه التقنية وانخفاض احتمالية انفجارها. كما تُسهّل هذه التقنية التخزين، إذ لا تتطلب ضغوطًا عالية جدًا أو درجات حرارة منخفضة جدًا، كما هو الحال في تخزين الغاز أو الغاز المسال.

نظريًا، يُمكن لمنتج المجموعة تخزين المواد، وبعد التفاعل، سيُنتج أقصى إنتاج قدره 20.74 غرامًا من الهيدروجين الغازي. ووفقًا لدينه، يُعد هذا رقمًا تقديريًا نظرًا لمحدودية مرافق البحث ونقص المعدات المتخصصة، لذا لم يُحدد الحجم الفعلي بعد.

تُصمّم المجموعة خزانات متخصصة وفقًا للمعايير واللوائح الفيتنامية الخاصة بأوعية الضغط. في حال وقوع حوادث غير متوقعة أثناء تشغيل الجهاز، يقطع نظام التسخين غير المباشر جميع مصادر الحرارة ويعود إلى وضعه الطبيعي لضمان السلامة.

أشار الدكتور بوي فان هونغ، المحاضر في كلية الهندسة الميكانيكية بجامعة التعليم التقني - جامعة دا نانغ، إلى أن بحث الفريق لا يزال في مرحلة إيجاد مواد تخزين مناسبة قادرة على امتصاص وإطلاق الهيدروجين. كما قام الفريق ببناء نموذج محاكاة لقدرة وظروف تخزين هذا الوقود.

وقدّر أن كمية الهيدروجين في منتج المجموعة تُقدّر بحوالي 20 غرامًا، أي ما يعادل حوالي 0.66 كيلوواط/ساعة، وهي كمية منخفضة جدًا. يُعدّ هذا المستوى من الطاقة مناسبًا للأجهزة الصغيرة أو التجارب، ولكنه غير كافٍ لتشغيل المركبات، مثل السيارات أو المعدات الصناعية، لفترات طويلة.

لزيادة كمية الهيدروجين المُخزَّنة، اقترح الدكتور هونغ أن يبحث الفريق عن سبائك أو مواد قادرة على امتصاص المزيد من الهيدروجين دون زيادة كتلة المادة بشكل كبير. مع ذلك، تتطلب بعض المواد ذات كثافة تخزين الهيدروجين العالية ظروفًا وبيئات تُصعِّب عملية الانتقال الطوري بين الشحن والتفريغ. وقال إنه بناءً على هذا البحث، يحتاج الفريق إلى إجراء المزيد من الاختبارات على المواد التي يصعب انتقالها الطوري في المستقبل.

وفقًا للملكية الفكرية والابتكار

المصدر: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/da-nang-sinh-vien-tao-ra-thiet-bi-luu-tru-hydrogen/20241022085643255