سوخت هیدروژنی در راه فتح جهان

ايران جيب

بروزرسانی 1399/05/22 - 13:01

ايران جيب/ اين روزها بحث هيدروژن به عنوان منبع بديل انرژي که بتواند باعث کاهش انتشار کربن و ارائه فرصت‌هاي شغلي شود داغ است.
هيدروژن به خصوص مي‌تواند در صنايعي که مصرف بالاي کربن دارند مثل حمل و نقل دريايي و زميني و همچنين توليد برق، نقش‌آفرين شود.

در حال حاضر، استفاده گسترده از هيدروژن مقرون به صرفه نيست و هنوز بايد بررسي‌هاي زيست‌محيطي بيشتري انجام شود که بستگي به چگونگي ايجاد اين ماده هم دارد (يعني اين‌که با استفاده از منابع انرژي تجديدپذير توليد شود و يا سوخت‌هاي فسيلي).

نکته چشمگير اين‌جا است که در ماه‌هاي گذشته کشورهايي که ديدگاه‌هاي بسيار متفاوتي در مورد مسائل اقليمي و انرژي دارند، اقداماتي براي ارائه هيدروژن به عنوان منبعي از انرژي پاک و فرصتي براي ايجاد شغل انجام داده‌اند. هنوز تا ورود هيدروژن به بستر اصلي خيلي مانده است اما برخي تحليل‌گران باور دارند اين ماده اکنون راه انرژي خورشيدي را پر مي‌کند و مي‌تواند تا سال ۲۰۵۰ حدود ۲۴ درصد انرژي جهان را تامين کند.

افزايش حمايت‌ها از هيدروژن
طبق آمار وب‌سايت خبري آکسيوس، از ۵۴ ميليارد دلار بودجه انگيزش اقتصادي که در سطح جهان (بيشتر اروپا) به انرژي پاک اختصاص داده شده ۱۹ ميليارد دلار آن مربوط به هيدروژن است. در تحليلي از «بلومبرگ نيو انرژي فايننس» خوانديم که اين از نظر بودجه پس از حمل و نقل برقي در جايگاه دوم قرار دارد.

اتحاديه اروپا در ماه گذشته پرده از استراتژي خود در زمينه توليد هيدروژن سبز، يعني هيدروژني که با انرژي‌هاي تجديدپذير ايجاد شده باشد، برداشت. هدف اين است که تا سال ۲۰۲۴ شش گيگاوات الکتروليزر برپا شود که بتواند تا سقف يک ميليون تن هيدروژن سبز ايجاد کند. در حال حاضر اتحاديه اروپا حدود يک گيگاوات الکتروليزر فعال دارد. اين اتحاديه مي‌خواهد تا سال ۲۰۳۰، چهل گيگاوات الکتروليزر درون مرزهاي خودش داشته باشد و ۴۰ گيگاوات ديگر هم در کشورهاي نزديک (مثل شمال آفريقا) با توانايي صادرات به اروپا. سياستگزاران اتحاديه اروپا هيدروژن را ابزاري ضروري در تلاش براي کربن‌زدايي از بخش صنعت و حمل و نقل مي‌دانند. همه اين‌ها بخشي از تلاش اروپا است که تا سال ۲۰۵۰ به اقتصادي با ميزان انتشار خالص صفر برسد.

وزارت انرژي آمريکا هم ۶۴ ميليون دلار بودجه براي پروژه‌هاي هيدروژني اعلام کرده است و برنامه دارد در پنج سال آينده ۱۰۰ ميليون دلار بر روي دو پروژه جديد پژوهش هيدروژني سرمايه‌گذاري کند. جو بايدن، نامزد حزب دموکرات در انتخابات رياست‌جمهوري، هم در طرح اخير خود در زمينه اقليم و انرژي از اين خواسته حمايت کرده است. او خواهان توليد هيدروژن بدون کربن با استفاده از انرژي‌هاي تجديدپذير است.

شمار روزافزوني از شرکت‌ها نيز به دنبال سرمايه‌گذاري روي هيدروژن‌اند. نهادي به نام «شوراي هيدروژن» که در مجمع اقتصادي جهاني سال ۲۰۱۷ آغاز به کار کرد، اکنون ۸۰ عضو از ۱۷ کشور دارد از جمله شرکت آرامکوي عربستان سعودي و ساير شرکت‌هاي بزرگ صنايع خودروسازي و نفت و گاز. اخيرا شرکت بزرگ صنعتي «اِير پروداکتز‌‌اند کِميکالز» در آمريکا اعلام کرد که مي‌خواهد بزرگ‌ترين کارخانه هيدروژن سبز جهان را در عربستان سعودي بسازد. اين کارخانه برق خود را از منابع تجديدپذير همچون انرژي خورشيدي و باد تامين مي‌کند و روزي ۶۵۰ تن هيدروژن توليد خواهد کرد که گفته مي‌شود براي تامين سوخت ۲۰ هزار اتوبوس هيدروژني کافي است.

نمونه ديگر شرکت مايکروسافت است که گفته است مي‌خواهد استفاده از هيدروژن سبز براي تامين برق مراکز داده‌هاي خود را گسترش دهد. اين شرکت اخيرا به صورت آزمايشي برخي مراکز داده‌هاي خود را به مدت ۴۸ ساعت با سلول‌هاي سوخت هيدروژني تامين کرد — که اين به باور اين شرکت طولاني‌ترين آزمايش اين چنيني در جهان است. مايکروسافت حاضر است براي توليد و ذخيره هيدروژن سبز نه فقط براي مراکز داده‌هاي خود که حتي براي فروش آن به شبکه سراسري برق تلاش‌هاي بيشتري هم بکند. مايکروسافت حتي مي‌تواند براي وسايل حمل و نقل دوربرد، پمپ هيدروژن درست کند.

اهميت منبع هيدروژن و روش توليد آن
توليد هيدروژن بر مبناي گستره‌اي از منابع ممکن است؛ از جمله آب، سوخت‌هاي فسيلي يا توده‌زيست. اين عنصر شيميايي مي‌تواند به عنوان منبع انرژي يا سوخت مورد استفاده قرار بگيرد. جذابيت هيدروژن براي اين مصارف کاربردي از اين جا مي‌آيد که در ميان تمام سوخت‌هاي رايج، بالاترين محتواي انرژي را به نسبت وزن دارد. در اين زمينه حدود سه برابر از بنزين جلوتر است. در حال حاضر از هيدروژن بيشتر در زمينه پالايش نفت، توليد آمونياک و تامين سوخت خودروهاي برقي استفاده مي‌شود اما سياستگزاران و سرمايه‌گذاران پتانسيل بالايي براي استفاده از اين عنصر در ساير زمينه‌ها قائل‌اند، از جمله حمل و نقل (مثلا کشتيراني، هوانوردي و خودروهاي سنگين)، پالايش فلزات، توليد و ذخيره برق، گرمايش و ايجاد سوخت‌هاي ترکيبي.

اما منبع و روش توليد هيدروژن در هزينه و ميزان انتشار گازهاي گلخانه‌اي آن تغيير ايجاد مي‌کند و بنابراين هر نوع هيدروژني را نمي‌توان سوخت پاک به حساب آورد. کارشناسان اکنون هيدروژن را بر اساس رنگ‌هاي مختلف دسته‌بندي مي‌کنند تا ميزان پاک بودن آن ‌را توضيح دهند. هيدروژن سبز در حال حاضر تنها با استفاده از انرژي تجديدپذير ايجاد مي‌شود؛ هيدروژن آبي با استفاده از گاز طبيعي با جداسازي کربن؛ و هيدروژن خاکستري که کثيف‌ترين است و بالاترين ميزان انتشار را در مرحله توليد دارد.

توليد هيدروژن سبز (که به آن هيدروژن تجديدپذير هم مي‌گويند) از طريق استفاده از انرژي آب و خورشيد براي الکتروليز کردن آب انجام مي‌شود. به اين روند الکتروسيس گفته مي‌شود و با آن در واقع هيدروژن آب از بقيه عناصر آن تجزيه مي‌شود. اين گران‌قيمت‌ترين راه توليد هيدروژن است اما ميزان انتشار آن نزديک به صفر است و تنها راهي است که گروه‌هاي زيست‌محيطي و سياستگزاران اتحاديه اروپا تشويق مي‌کنند. هيدروژن پاک را در ضمن مي‌توان با تغيير بيوشيميِ زيست‌توده يا اصلاحِ زيست‌گاز (به جاي گاز طبيعي) توليد کرد.

هيدروژن خاکستري اساسا با اصلاح گاز طبيعي در روندي که «اصلاح بخار-متان» ناميده مي‌شود و يا گاز کردن ذغال سنگ انجام مي‌شود. هيدروژني که از گاز طبيعي به دست مي‌آيد امروز رايج‌ترين در روندهاي صنعتي و مورد استفاده شمار اندکي از خودروها است. اين هيدروژن ارزان‌ترين قيمت توليد را دارد اما به علت ميزان بالاتر انتشار گازهاي گلخانه‌اي کمتر تشويق مي‌شود.

هيدروژن آبي يک قدم از هيدروژن خاکستري جلوتر است چرا که از سوخت‌هاي فسيلي (عمدتا همان گاز طبيعي) مي‌آيد اما گازهاي گلخانه‌اي که منتشر مي‌کند در روند توليد هيدروژن با استفاده از صنايع حذف کربن، کنار زده مي‌شود. شرکت‌هاي نفت و گاز و شرکت‌هايي که ذخاير گاز طبيعي دارند از اين شيوه حمايت مي‌کنند. مثلا شرکت‌هايي مثل اني ايتاليا، اکيونور و اکسان موبيل خواهان استراتژي‌هاي شده‌اند که به آن‌ها امکان دهد گزينه هيدروژنِ متکي بر سوخت‌هاي فسيلي را هم به عنوان بخشي از اقدامات سبز خود حساب کنند.

کاهش هزينه شدني است اما زمان مي‌برد
افزايش پشتيباني سياسي از هيدروژن و سرمايه‌گذاري روي آن احتمالا باعث کاهش هزينه توليد به خصوص براي هيدروژن سبز خواهد بود. به گفته کميسيون اتحاديه اروپا، هزينه تخميني کنوني در اين اتحاديه براي هيدروژن خاکستري (فسيل‌محور) حدود کيلويي يک و نيم يورو است. هزينه تخميني براي هيدروژن آبي (فسيل‌محور با جداسازي و ذخيره کربن) حدود کيلويي دو يورو است و هيدروژن سبز کيلويي دو و نيم تا پنج و نيم يورو.

کميسيون اتحاديه اروپا انتظار دارد هزينه هيدروژن سبز به سرعت پايين بيايد.
در ده سال گذشته هزينه الکتروليزر ۶۰ درصد کاهش داشته و انتظار مي‌رود تا ۲۰۳۰ با توجه به افزايش ميزان توليد، نصف شود. در مناطقي که انرژي تجديدپذير (مثل باد و خورشيد) ارزان است انتظار مي‌رود تا سال ۲۰۳۰ الکتروليزر در هزينه با اشکال خاکستري و فسيل‌محور هيدروژن که از اصلاح بخار-متان استفاده مي‌کنند، رقابت کند.

در آمريکا هزينه توليد هيدروژن از کيلويي ۱.۵۹ دلار براي هيدروژن خاکستري آغاز مي‌شود و به کيلويي ۲.۲۷ دلار براي هيدروژن آبي و نهايتا کيلويي ۵.۸۷ تا ۲۳.۳۷ دلار براي هيدروژن سبز مي‌رسد. در دسترس بودن زيرساخت‌ها و قيمت مواد خام نيز جزو عوامل مهم‌اند. اما سياستگزاران و سرمايه‌گذاران باور دارند توسعه منطقه‌اي زيرساخت‌هاي هيدروژن و فناوري‌هاي کاربري نهايي باعث بهره‌وري از مزيت مقياس و ارزان‌تر شدن هيدروژن مي‌شود. طبق برخي تخمين‌ها اين روند حداقل ده سال طول خواهد کشيد.