لماذا يتم استخدام الهيدروجين في وقود الصواريخ

لماذا يستخدم الهيدروجين في وقود الصواريخ سؤال يثار في شأن

استخدامات غاز الهيدروجين، وكذلك يدور نفس

السؤال

مع سماع

شعار

الهيدروجين وقود

المستقبل

الذي تردد كثيرًا في عدة مصادر، وقد توجه لاستخدامه العلماء لأنه آمن على

البيئة

، كما أن قوته أضعاف طاقة

البترول

العادية، لكن يتخلله بعض التحديات، وقليل من العيوب سوف يرد الحديث عنها لاحقًا.

العلماء اكتشفوا أن غاز الهيدروجين له مقدرة عظيمة على تشغيل الصواريخ، وتكمن الأسباب في أن الهيدروجين يحتوى على ثلاثة أضعاف الطاقة التي ينتجها البنزين، وهذا ليس السبب الوحيد.

فالهيدروجين يتميز بخفة وزنه وهذا يعني أنه يعين الصاروخ على التحرك أسرع وأكثر خفة، وقد توجهت الأنظار العلمية في أن يتم خلط الهيدروجين مع الأكسجين في حالتهما السائلة، كي يعملا كوقود للصاروخ الأوربي المسمى “آريان 5”.

وإلى جانب وزنه الخفيف، وقدرة احتراقه الكبيرة، فهو أيضًا يمتلك كفاءة مبهرة في الكمية المستخدمة من الوقود الذي يستهلك لدفع الصاروخ.

كما أنه لم يتم اختيار هذا الغاز بصورته السائلة كوقود للصاروخ صدفةً، بل الأمر يعود لخصائص هامة يتميز بها الهيدروجين عند احتراقه، وهي التي كانت سبب في استخدام الهيدروجين في وقود الصواريخ، منها ما يلي:

احتراق الهيدروجين يتكون على أثره كمية كبيرة جدًا من البخار، وهو يخرج من أنبوب موجود مؤخرة الصاروخ، وهو متصل في

الوقت

ذاته بالمحرك “Vulcain”، مما يساعد في إطلاق الصاروخ أكثرة قوة وسرعة من المعتاد.
أما عن كيفية بدء عملية الاحتراق، فهنا يكمن دور غاز الأكسجين، والذي عندما يلامس الأكسجين يشتغل من فوره، لهذا نجد بداخل الصاروخ آريان خزان ضخم آخر به نحو 162 طن من الأكسجين سائل بداخله، ودرجة حرارته 183، بينما خزان الهيدروجين يحتوى على 28 طن فقط منه، ودرجة حرارته 252,87 درجة.

وهناك تاريخ لاستخدام الهيدروجين كوقود للصواريخ

بالنسبة لاستخدام الهيدروجين السائل كوقود، بدأ استخدامه للمرة الأولي في سبعينات القرن العشرين، وتم هذا رغبةً في تطوير الصواريخ، والوقود المستخدم له، وكان هذا بالتحديد مع تجربة صاروخ أوروبي المعروف باسم آريان.

لكن الأمر كان يمثل تحديًا لهؤلاء العلماء، خاصةً وأنهم كانوا أوائل من فكر في استخدام الهيدروجين بدلًا من البنزين، بسبب

مميزات خلايا الوقود الهيدروجينية

.

بينما سار السوفيت على خطاهم بعدة سنوات، تحديدًا في منتصف العقد الثامن من القرن نفسه، لهذا لم يتمكن الاتحاد السوفيتي من

السفر

للقمر قبل الأوروبيين.

التحديات التي تواجه العلماء في استخدام الهيدروجين كوقود

من الأمور الهامة التي يضطر العلماء لمراعاتها أثناء استخدامهم الهيدروجين السائل كوقود للصاروخ، ما يلي:

عدم السماح بتعرض الصاروخ لدرجة حرارة مرتفعة أثناء اختراقه للغلاف الجوي، وهو في طريقه للفضاء الخارجي، وهذا تجنبًا لتعرض الهيدروجين للغليان وربما التبخر.
من الضروري التأكد من عدم تعرض الصاروخ لأشعة الشمس حتى لا يتمدد الهيدروجين السائل.
التأكد من عدم تسرب سائل الهيدروجين من أي منافذ صغيرة تم لحمها سابقًا على يد علماء مهرة بمختبر دفع جوي يسمى “لويس”.
وعلى الرغم من مميزاته العديدة كوقود، إلا أن الهيدروجين له كثافة منخفضة من الطاقة، وكي يستفاد من إمكانياته لابد من تخزين كمية هائلة منه.
وفيما يخص قواعد إطلاق الصواريخ، فهي يجب أن يتم فيها حماية الموجودين والمكان نفسه من خطر الإنفجار، أو نشوب حرائق، لهذا يتم بناؤها بشكل وقائي وقوي.

عيوب استخدام الهيدروجين كوقود

على الرغم من كونه آمن وصديقًا للبيئة، ولا يسبب لها أي تلوث، إلا أن استخدام الهيدروجين كوقود له بعض العيوب أيضًا، كالآتي:

استخدام الهيدروجين كنوع من مصادر الطاقة يعد مكلفًا للغاية، خاصةً وأن عملية فصله عن بقية العناصر يحتاج لوقت طويل نسبيًا، وتكلفة مالية ليتم الأمر.
يصعب تخزينه، هذا أيضًا من عيوب استخدام الهيدروجين، لأنه يحتاج لخطوات وأدوات معينة، يعد توفيرها باهظ التكلفة ليتم تخزينه ونقله من مكان لآخر.
عملية فصله عن الأكسجين تتطلب استخدام كثير من الطاقة الغير متجددة في ذلك، مثل الفحم, والغاز الطبيعي.
هناك بعض المخاطر التي قد تصيب البيئة نتيجة استخدام طاقة الهيدروجين، فإن استخدامها بكثرة قد يؤثر سلبًا على الأوزون، وهو بالطبع ما لا نرغب في حدوثه.
وجود المزيد من معدلات الهيدروجين في الغلاف الجوي، قد يتسبب في ارتفاع معدل المياه، بالإضافة للتأثير على بعض الجينات للنباتات، تبعًا لتغير أحوال الطقس بشكل غير اعتيادي.
الهيدروجين يشتعل بشدة، لهذا يخضع لكثير من الاختبارات المعملية، للتأكد من القدرة على الحد من مخاطره، لأنه عند احتراقه ينتج عنه موجة احتراقية واسعة تتراوح نسبتها بين 4% وحتى 75%.

مكونات وقود الصواريخ

في الحقيقة هناك أكثر من مكون على حسب الوقود المستخدم في إطلاق الصاروخ، وهذا الوقود له عدة أنواع كالأتي:

الوقود السائل:

وفيه يتم دمج عنصرين سويًا، ونادرًا يكون الدمج بين ثلاث عناصر، ومثل الوقود السائل الثنائي مزج الهيدروجين السائل مع الأكسجين السائل أيضًا.
الوقود الصلب:

وهذا النوع يتضمن استخدام الفحم أو الخشب، وكذلك أقراص الهكسامين، وكرات الوقود الخشبية، أما مكونات هذا النوع من الوقود فتفصيله كالآتي: الهيدروجين، الأكسجين، النيتروجين، الكبريت، الكربون، وبعض الرطوبة.

سعر وقود الهيدروجين

أصبح لقب سائل الهيدروجين المتعارف عليه حاليًا هو”وقود المستقبل” وهو يستخدم كوقود عند مزجه مع الأكسجين، والذي يساعد على سرعة اشتعاله، فينتج عن تلك العملية بخار ماء فقط، وليس عادمًا مثلما ينتج عند استخدام وقود البنزين.

وفيما يخص سعره فهو أرخص بكثير من مصادر الطاقة الأخرى، على الرغم من أن عملية فصله عن الأكسجين، وطرق تخزينه هي التي تجعل تكلفة كل هذا غالية.

والآن بات أبرز رجال الأعمال في مجالات

السيارات

والطائرات، يعلنون عن موديلات جديدة تستخدم الهيدروجين كوقود بدلًا من مصادر الطاقة الأخرى، وينوهون إلى رخص سعره مقارنةً بالوقود الحالي.

استخدامات الهيدروجين السائل

بعد استخدام هذه الطاقة كوقود للصواريخ منذ عدة سنوات، تشعبت الأفكار للتوسع في الاعتماد عليه أكثر في مجالات صناعية أخرى، وكون طاقة الهيدروجين نظيفة وآمنة بعض الشيء على البيئة.

الاستخدامات الحالية للهيدروجين السائل:

وقود للصواريخ الفضائية.
الصناعات البحرية.
المصانع: حيث يستخدم كعنصر خام رئيسي في بعض الصناعات مثل: البلاستيك، وصناعة الميثانول، وكذلك المنتجات البترولية.
مجال الزراعة: يتم إدخاله في صناعة أسمدة الأمونيا، وهو مهم جدًا في زيادة نسبة الخصوبة للتربة، ويساعد النبات على النمو السريع.
تكرير النفط: حيث يستخدم الهيدروجين السائل في التخلص من العناصر الملوثة في الوقود مثل: الكبريت، وكذلك في العملية المعروفة بـ “التكسير الهيدروجيني”.
محطات الطاقة: يستعمل الهيدروجين سائلًا في تبريد المولدات داخل تلك المحطات، كما يستخدم كطاقة احتياطية مخزنة في حالات الطوارئ فقط.

أما عن المجالات التي يفكر العلماء جديًا في إدخال الهيدروجين كطاقة لها مستقبلًا ما يلي:

محركات الطائرات.
محركات السيارات.

لماذا يعد الهيدروجين وقود المستقبل

سؤال آخر يعد مكمل لما تم طرحه في السطور السابقة لكن إجابته يمكن التكهن بها بسهولة بعد معرفة المعلومات السابقة وقراءتها بعناية، فقد خمن الكثيرون أنه بقدوم عام 2030م ستحدث طفرة غير مسبوقة في مجال السيارات والمركبات بكافة أنواعها وذلك بالنظر إلى

أنواع خلايا الوقود

.

ويقال أن سيارات النقل الثقيل سوف تعمل بالهيدروجين السائل، وستكون منافس قوي لشاحنات الديزل، مما يسلط الضوء أكثر على

إنتاج الهيدروجين

.