الإثراء والتوسع: الهيدروجين وقودًا
الثانوي - الصف العاشر
إعداد المعلم
أ. عبدالفتاح مطر
شرح الدرس (صوت)
الإثراء والتوسع: الهيدروجين وقودًا
مقدمة
يُعد الهيدروجين من أكثر مصادر الطاقة الواعدة للمستقبل، نظرًا لقيمته الحرارية العالية عند الاحتراق وكونه صديقًا للبيئة. يأتي هذا التطبيق استكمالاً لما تعلمناه عن الطاقة المرافقة للتفاعلات الكيميائية.
تفاعل احتراق الهيدروجين
تفاعل طارد للحرارة بشدة ينتج عنه كمية هائلة من الطاقة:
2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) + 572 kJ
كل 1 مول (2g) من الهيدروجين يعطي 286 kJ
القيمة الحرارية مقارنة بأنواع الوقود الأخرى
يوضح الجدول التالي كمية الطاقة الناتجة عن احتراق 1 غرام من أنواع مختلفة من الوقود:
| نوع الوقود | الطاقة الناتجة (kJ/g) | التمثيل البياني |
|---|---|---|
| الهيدروجين (H₂) | 143 | |
| الميثان (CH₄) | 55 | |
| الأوكتان (بنزين) | 44 | |
| الغلوكوز | 16 |
ملاحظة: طاقة الهيدروجين تعادل 3 أضعاف طاقة الغاز الطبيعي (الميثان) و 9 أضعاف طاقة الغلوكوز!
مزايا وعيوب الهيدروجين كوقود
المزايا
- • كفاءة عالية: ينتج كمية كبيرة جدًا من الطاقة لكل غرام.
- • صديق للبيئة: ناتج الاحتراق هو بخار الماء فقط (H₂O)، ولا يسبب انبعاثات كربونية أو غازات سامة.
- • وقود مستدام: يمكن إنتاجه من مصادر متنوعة بما فيها الماء.
️ العيوب والتحديات
- • التخزين والحجم: كثافة الهيدروجين منخفضة جدًا، مما يتطلب خزانات ضخمة أو ضغطًا عاليًا جدًا.
- • السلامة: غاز سريع الاشتعال والانفجار، مما يتطلب معايير أمان صارمة في النقل والتخزين.
- • البنية التحتية: قلة محطات التزود بالوقود والتكلفة العالية لإنشاء شبكات التوزيع حاليًا.
أبرز التطبيقات
الصواريخ الفضائية
وقود دفع رئيسي بسبب وزنه الخفيف وطاقته العالية.
الغواصات الحديثة
تستخدم خلايا الوقود للإبحار الصامت لفترات طويلة.
السيارات الهيدروجينية
تحويل الهيدروجين إلى كهرباء لتشغيل المحرك (بدون عوادم).
بحث واستقصاء
ابحث في المصادر الموثوقة عن:
- كيف تعمل خلية الوقود الهيدروجينية (Fuel Cell)؟
- ما الفرق بين السيارة الكهربائية (البطارية) والسيارة الهيدروجينية؟