بزرگترین مشکل تبدیل هیدروژن به سوخت آینده چیست؟

به گزارش گروه وبگردی خبرگزاری صدا و سیما، برای رسیدن به هدف «صفر خالص» انتشار گاز‌های کربنی، هیدروژن بسیار ضروری است، و استراتژی هیدروژن که اخیراً از سوی دولت بریتانیا منتشر شده است، ما را به استفاده از این منبع برای دستیابی به این هدف بسیار نزدیک می‌کند.

 

 

با افزایش تولید انرژی خورشیدی و بادی، برق تجدیدپذیر، بخش بزرگی از جهانِ «صفر خالص» (کربنی) ما خواهد بود. سهم کل مصرف انرژی ما از انرژی‌های تجدیدپذیر در یک سیستم کاملاً کربن‌زدایی‌شده، به راحتی بالای ۵۰ درصد خواهد بود. اما بخش‌هایی از اقتصاد‌های ما هستند که برقی کردن آن‌ها از نظر فنی چالش‌برانگیز یا بسیار گران خواهد بود.

 

برق را نمی‌توان برای فرآیند‌های صنعتی به‌کار گرفت و استفاده از آن برای تولید گرمای زیادی که برای تولید موادی مانند شیشه و سرامیک مورد نیاز است، گران تمام می‌شود. وزن باتری‌ها نیز نسبت به مقدار انرژی قابل‌ذخیره در آن‌ها بسیار زیاد است، که تصور برقی کردن مستقیم کشتی‌ها، هواپیماها، و کامیون‌ها را در مسافت‌های بالا دشوار می‌کند. گرمایش زمستانی هم مستلزم ماه‌ها ذخیره انرژی در یک زمان واحد و در مقیاس بزرگ است، و برق راه‌حلی برای این چالش ندارد. باتری‌ها برای حفظ درازمدت انرژی طراحی نشده‌اند.

 

بنابراین، اینجا است که به یک مولکول تمیز برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی نیاز داریم، و «هیدروژن سبز» همه شرایط را داراست. دسترسی به این ماده تقریباً نامحدود است، زیرا می‌توان با عبور جریان الکتریکی (تجدیدپذیر) از آب (H۲O) و تقسیم آن به اجزای تشکیل‌دهنده‌اش، هیدروژن تولید کرد. این واقعیت که قابلیت بهره‌برداری از این فرآیند در مقیاس بزرگ وجود دارد، نکته مهمی است، زیرا بر اساس برخی برآوردها، به مقدار زیادی هیدروژن نیاز داریم: حدود یک چهارم کل نیاز‌های انرژی ما.

 

حمل و نقل و ذخیره‌سازی هیدروژن نیز نسبتاً آسان است. در بسیاری از موارد، ارتقای خطوط لوله انتقال گاز طبیعی موجود کنونی برای نقل و انتقال هیدروژن ممکن است و می‌توان آن را به صورت ارزان در غار‌های نمکی موجود ذخیره کرد. همچنین، می‌توان با استفاده از پیل‌های سوختی، آن را به برق تبدیل کرد.

 

مانع اصلی برای آغاز بهره‌برداری از هیدروژن، هزینه آن است. امروزه، به رغم کاهش چشمگیر قدرت برق تجدیدپذیر که در تولید هیدروژن به آن نیاز داریم، هزینه تولید هیدروژن سبز به طرز نامعمولی بالا (در حدود ۵ دلار در کیلوگرم، یا ۱۲۵ دلار برای هر مگاوات ساعت) است. این رقم برای نفت حدود ۴۰ دلار برای هر مگاوات ساعت، و برای گاز طبیعی حدود ۶۰ دلار برای هر مگاوات ساعت در اروپا است.

 

اما خبر خوب این است که هزینه‌های هیدروژن دارد به سرعت کاهش می‌یابد. اسنم، شرکتی که من آن را اداره می‌کنم، بخشی از ائتلافی به نام «گرین هیدروژن کاتاپولت» (منجنیق هیدروژن سبز) است که می‌خواهد تا سال ۲۰۲۶ هزینه هیدروژن را به نیم کاهش دهد و به ۲ دلار در کیلوگرم برساند. وزارت انرژی در ایالات متحده نیز برنامه «ارت‌شات» را برای رساندن هزینه هیدروژن به ۱ دلار در کیلوگرم تا پایان دهه جاری آغاز کرده است.

 

اگر بتوان هیدروژن را در مقیاس کافی تولید کرد تا هزینه‌های آن برای زیرساخت‌های حمل و نقل و ذخیره‌سازی سرشکن شود، و نیز با در نظر گرفتن کارایی بیشتر پیل‌های سوختی در قیاس با احتراق (از طریق سوخت فسیلی) و هزینه‌های جاری و رو به افزایش دی‌اکسیدکربن، در این سطوح، در بسیاری از کاربردها، هیدروژن به طرز چشمگیری ارزان‌تر از سوخت‌های فسیلی خواهد بود. این امر فرصت قابل‌توجهی برای کاهش مخارج انرژی در عین توجه به تغییرات آب و هوایی و انتشار گاز‌های گلخانه‌ای خواهد بود. این بدان معناست که می‌توان بدون تحمیل هزینه‌های اضافی به سیستم، هیدروژن رابه شکل گسترده‌ای به‌کار گرفت و انتشار دی‌اکسیدکربن را در بخش‌های پرمصرف انرژی کاهش داد.

 

حال، چه چیزی لازم است تا ما را از ۵ دلار در کیلوگرم فعلی به ۲ دلار یا حتی ۱ دلار برساند؟ پاسخ این است که باید هر چه بیشتر از آن استفاده کنیم. استفاده از دستگاه‌های الکترولیز آب که مولکول آب به اجزای سازنده‌اش تقسیم می‌کنند، هنوز بسیار اندک و محدود است. اما تولیدکنندگان این دستگاه‌ها با مشاهده تقاضای آینده، کارخانه‌های خود را توسعه می‌دهند. این به نوبه خود باعث می‌شود که تأمین‌کنندگان آن‌ها هم امکانات خود را افزایش دهند و بر آن مبنا هزینه‌ها را در سراسر زنجیره ارزش کاهش دهند. حمایت از این صنعت برای سیاست‌گذاران نیز ارزشمند است، زیرا نه تنها هزینه (تولید و به‌کارگیری) هیدروژن را برای مصرف‌کنندگان کاهش می‌دهند، بلکه مشاغل جدیدی هم در بخشی رو به رشد خلق می‌کنند.

 

قابلیت اقتصادی بودن هیدروژن در مقیاس انبوه، عظیم است: تنها ۲۵ گیگاوات ظرفیت الکترولیز آب در سطح جهانی در ترکیب با انرژی تجدیدپذیر ارزان، می‌تواند هزینه هیدروژن را به ۲ دلار در کیلوگرم برساند. بنابراین، بلندپروازی بریتانیا برای دستیابی به ۵ گیگاوات ظرفیت تولید هیدروژن تا سال ۲۰۳۰ که خود یک پنجم هدف کلی را تشکیل می‌دهد، گامی بزرگ در مسیر درست است.

 

مارکو آلوِرا مدیرعامل اسنم و نویسنده کتاب «انقلاب هیدروژن» (The Hydrogen Revolution) است.