الأمونيا كوقود للسفن المستقبلية

عنوان المقال: أمونيا وقود مستقبلي للسفن

مقدمة

يشهد العالم تحوّلات متسارعة في اتجاهات إنتاج الطاقة واستخدامها، خصوصًا في ظل الضغوط المتزايدة لتقليل الانبعاثات الكربونية ومواجهة تغير المناخ. وبينما يتصدر الهيدروجين والبطاريات المشهد في كثير من الصناعات، يبرز غاز الأمونيا كخيار واعد، خاصة في مجال الشحن البحري. السفن، باعتبارها من أكبر مصادر التلوث المرتبطة بالنقل، أصبحت تمثل تحديًا كبيرًا في تحقيق أهداف الحياد الكربوني. وهنا تأتي الأمونيا، المركب الكيميائي المعروف منذ قرون، لتتحول من مجرد مادة صناعية وزراعية إلى مرشح جاد ليكون وقود المستقبل للسفن.

ماهية غاز الأمونيا وخصائصه الكيميائية

غاز الأمونيا (NH₃) هو مركب يتكوّن من النيتروجين والهيدروجين، وهو في الحالة الطبيعية غاز عديم اللون وله رائحة نفاذة مميزة. يتم إنتاج الأمونيا صناعيًا بشكل رئيسي عبر عملية هابر-بوش (Haber-Bosch)، التي تعتمد على تفاعل النيتروجين من الهواء والهيدروجين تحت ضغط وحرارة عاليين باستخدام محفّز معدني.

من الناحية الفيزيائية والكيميائية، تتميز الأمونيا بعدة خصائص تجعلها ملائمة للتفكير بها كوقود محتمل:

• كثافة طاقية عالية مقارنة بالهيدروجين.

• يمكن تخزينها ونقلها في صورة سائلة تحت ضغط منخفض أو تبريد بسيط.

• لا تحتوي على كربون، وبالتالي فإن احتراقها لا ينتج عنه ثاني أكسيد الكربون.

• قابلة للاحتراق، وإن كان اشتعالها يتطلب ظروفًا خاصة.

أزمة الانبعاثات في قطاع الشحن البحري

قطاع الشحن البحري مسؤول عن نحو 2.5% إلى 3% من إجمالي انبعاثات غازات الدفيئة العالمية، وهو يعتمد بشدة على الوقود الثقيل عالي الكبريت. ويُتوقع أن تتضاعف انبعاثاته بحلول عام 2050 إذا لم يتم اتخاذ إجراءات جدية. منظمة الملاحة البحرية الدولية (IMO) فرضت أهدافًا لخفض الانبعاثات بنسبة 50% على الأقل بحلول منتصف القرن، وهو ما يستلزم تغييرًا جذريًا في أنواع الوقود المستخدمة.

الأمونيا كوقود للسفن: الخصائص التقنية والبيئية

1. انعدام الكربون

الميزة الأساسية للأمونيا أنها لا تحتوي على ذرة كربون واحدة، ما يعني أن احتراقها لا يُنتج ثاني أكسيد الكربون، وهذا يمنحها الأفضلية مقارنة بالوقود الأحفوري.

2. سهولة التخزين والنقل

يمكن تخزين الأمونيا كسائل عند درجة حرارة -33 مئوية أو تحت ضغط 10 بار، وهي شروط أقل تطلبًا بكثير من الهيدروجين السائل الذي يحتاج إلى -253 مئوية، ما يجعلها أكثر ملاءمة لتخزينها في السفن.

3. كثافة طاقية جيدة

رغم أن كثافة الطاقة لكل وحدة حجم في الأمونيا أقل من الوقود الأحفوري، إلا أنها أعلى من الهيدروجين عند ظروف التخزين السائدة. وهذا يمنحها أفضلية عملية خاصة في المسافات الطويلة عبر المحيطات.

4. قابلية الاحتراق

تواجه الأمونيا تحديات في الاشتعال الذاتي، وتتطلب درجات حرارة عالية ونظام إشعال خاص، ما يستدعي تطوير محركات بحرية أو أنظمة احتراق مصممة خصيصًا للتعامل مع هذا الوقود.

التحديات البيئية والصحية لاستخدام الأمونيا

رغم الجوانب الإيجابية، فإن استخدام الأمونيا كوقود ليس خاليًا من التحديات والمخاطر:

• السمية: الأمونيا غاز سام عند استنشاقه، ويشكل خطرًا على الطواقم البحرية في حال حدوث تسريبات.

• انبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx): رغم عدم إنتاجها ثاني أكسيد الكربون، إلا أن احتراق الأمونيا قد يُنتج أكاسيد نيتروجينية ضارة، تتطلب أنظمة تحكم دقيقة لتقليلها.

• التآكل: الأمونيا مادة آكلة تتطلب أنظمة أنابيب وخزانات مقاومة للتآكل، ما يزيد من تكاليف البنية التحتية.

• السلامة الصناعية: الحاجة إلى تدريب خاص للطواقم، وتوفير أنظمة كشف التسرب والاستجابة السريعة.

الحلول الهندسية المقترحة لتجاوز العقبات

لمواجهة التحديات، يجري العمل على تطوير عدة تقنيات وأنظمة مساعدة تجعل استخدام الأمونيا أكثر أمانًا وكفاءة:

الاستخدامات الحالية للأمونيا في النقل البحري

بدأت شركات شحن عملاقة مثل “Maersk” و”Yara International” بالتعاون مع شركات تصنيع محركات مثل “MAN Energy Solutions” و”Wärtsilä” لتطوير نماذج أولية لمحركات تعمل بالأمونيا. بعض المشاريع التجريبية الجارية تتضمن:

• مشروع AmmoniaMot: لتطوير محرك ديزل ثنائي الأشواط يعمل على الأمونيا.

• سفن Yara Birkeland: تعمل بالكهرباء حاليًا لكن يُخطط لتزويدها لاحقًا بمحركات أمونيا.

• تحالف NoGAP: مشروع تعاون نرويجي لتطوير سلسلة توريد كاملة للأمونيا كوقود بحري.

مقارنة الأمونيا بالوقود البديل الآخر

في ظل تعدد الخيارات المستقبلية للوقود البحري، من المهم مقارنة الأمونيا بالبدائل المتاحة:

الجدوى الاقتصادية

تشير الدراسات إلى أن تكلفة إنتاج الأمونيا الخضراء (المصنوعة من الكهرباء المتجددة) ما تزال مرتفعة مقارنة بالوقود التقليدي، لكن من المتوقع أن تنخفض مع تحسّن تكنولوجيا التحليل الكهربائي وتوسّع استخدام الطاقات المتجددة. التكلفة الاقتصادية لا تشمل فقط إنتاج الوقود، بل تشمل:

• تكلفة تعديل المحركات.

• البنية التحتية لموانئ التزويد.

• تكاليف التدريب والسلامة.

• تكاليف أنظمة تنقية العادم.

مع ذلك، فإن فرض الضرائب الكربونية المستقبلية وتقييد استخدام الوقود التقليدي سيجعل الوقود النظيف مثل الأمونيا أكثر تنافسية.

الدعم الدولي والتشريعات المستقبلية

تسعى المنظمات الدولية مثل المنظمة البحرية الدولية (IMO) وبرامج مثل “Getting to Zero Coalition” إلى تسريع تبني تقنيات خالية من الكربون، وتقدم توصيات وتسهيلات لدعم البحث والابتكار في هذا المجال. كما تسعى بعض الدول الأوروبية والآسيوية إلى إدراج الأمونيا ضمن خارطة طريق التحول الطاقي، خاصة ضمن اتفاقيات الهيدروجين الأخضر.

الابتكار والتطوير المستقبلي

يُتوقع أن تشهد العقود القادمة تسارعًا في تطوير:

• محركات هجينة تعمل بالأمونيا والهيدروجين.

• خلايا وقود قادرة على تحويل الأمونيا إلى كهرباء مباشرة.

• أنظمة استرجاع حرارة العادم لتحسين الكفاءة.

• أنظمة أمان آلية تعتمد على الذكاء الاصطناعي لرصد أي خلل في نظم التخزين.

استنتاج تقني

يمثل غاز الأمونيا تحولًا جوهريًا في مستقبل الطاقة البحرية. وبالرغم من التحديات التقنية والصحية والاقتصادية، فإن خصائصه كوقود خالٍ من الكربون تجعله خيارًا مغريًا. نجاحه كوقود بحري يعتمد على:

• تسارع الابتكار التقني في مجال المحركات والتخزين.

• الدعم السياسي والتشريعي المستمر.

• انخفاض تكلفة الإنتاج من مصادر متجددة.

• توافقه مع سياسات الحياد الكربوني العالمية.

وبينما لا يزال الطريق طويلًا نحو التبني الواسع، إلا أن الأمونيا