سوخت هیدروژنی در راه فتح جهان

این روزها بحث هیدروژن به عنوان منبع بدیل انرژی که بتواند باعث کاهش انتشار کربن و ارائه فرصت‌های شغلی شود داغ است.

هیدروژن به خصوص می‌تواند در صنایعی که مصرف بالای کربن دارند مثل حمل و نقل دریایی و زمینی و همچنین تولید برق، نقش‌آفرین شود.

در حال حاضر، استفاده گسترده از هیدروژن مقرون به صرفه نیست و هنوز باید بررسی‌های زیست‌محیطی بیشتری انجام شود که بستگی به چگونگی ایجاد این ماده هم دارد (یعنی این‌که با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر تولید شود و یا سوخت‌های فسیلی).

نکته چشمگیر این‌جا است که در ماه‌های گذشته کشورهایی که دیدگاه‌های بسیار متفاوتی در مورد مسائل اقلیمی و انرژی دارند، اقداماتی برای ارائه هیدروژن به عنوان منبعی از انرژی پاک و فرصتی برای ایجاد شغل انجام داده‌اند. هنوز تا ورود هیدروژن به بستر اصلی خیلی مانده است اما برخی تحلیل‌گران باور دارند این ماده اکنون راه انرژی خورشیدی را پر می‌کند و می‌تواند تا سال ۲۰۵۰ حدود ۲۴ درصد انرژی جهان را تامین کند.
افزایش حمایت‌ها از هیدروژن
طبق آمار وب‌سایت خبری آکسیوس، از ۵۴ میلیارد دلار بودجه انگیزش اقتصادی که در سطح جهان (بیشتر اروپا) به انرژی پاک اختصاص داده شده ۱۹ میلیارد دلار آن مربوط به هیدروژن است. در تحلیلی از «بلومبرگ نیو انرژی فایننس» خواندیم که این از نظر بودجه پس از حمل و نقل برقی در جایگاه دوم قرار دارد.

اتحادیه اروپا در ماه گذشته پرده از استراتژی خود در زمینه تولید هیدروژن سبز، یعنی هیدروژنی که با انرژی‌های تجدیدپذیر ایجاد شده باشد، برداشت. هدف این است که تا سال ۲۰۲۴ شش گیگاوات الکترولیزر برپا شود که بتواند تا سقف یک میلیون تن هیدروژن سبز ایجاد کند. در حال حاضر اتحادیه اروپا حدود یک گیگاوات الکترولیزر فعال دارد. این اتحادیه می‌خواهد تا سال ۲۰۳۰، چهل گیگاوات الکترولیزر درون مرزهای خودش داشته باشد و ۴۰ گیگاوات دیگر هم در کشورهای نزدیک (مثل شمال آفریقا) با توانایی صادرات به اروپا. سیاستگزاران اتحادیه اروپا هیدروژن را ابزاری ضروری در تلاش برای کربن‌زدایی از بخش صنعت و حمل و نقل می‌دانند. همه این‌ها بخشی از تلاش اروپا است که تا سال ۲۰۵۰ به اقتصادی با میزان انتشار خالص صفر برسد.

وزارت انرژی آمریکا هم ۶۴ میلیون دلار بودجه برای پروژه‌های هیدروژنی اعلام کرده است و برنامه دارد در پنج سال آینده ۱۰۰ میلیون دلار بر روی دو پروژه جدید پژوهش هیدروژنی سرمایه‌گذاری کند. جو بایدن، نامزد حزب دموکرات در انتخابات ریاست‌جمهوری، هم در طرح اخیر خود در زمینه اقلیم و انرژی از این خواسته حمایت کرده است. او خواهان تولید هیدروژن بدون کربن با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر است.

شمار روزافزونی از شرکت‌ها نیز به دنبال سرمایه‌گذاری روی هیدروژن‌اند. نهادی به نام «شورای هیدروژن» که در مجمع اقتصادی جهانی سال ۲۰۱۷ آغاز به کار کرد، اکنون ۸۰ عضو از ۱۷ کشور دارد از جمله شرکت آرامکوی عربستان سعودی و سایر شرکت‌های بزرگ صنایع خودروسازی و نفت و گاز. اخیرا شرکت بزرگ صنعتی «اِیر پروداکتز‌‌اند کِمیکالز» در آمریکا اعلام کرد که می‌خواهد بزرگ‌ترین کارخانه هیدروژن سبز جهان را در عربستان سعودی بسازد. این کارخانه برق خود را از منابع تجدیدپذیر همچون انرژی خورشیدی و باد تامین می‌کند و روزی ۶۵۰ تن هیدروژن تولید خواهد کرد که گفته می‌شود برای تامین سوخت ۲۰ هزار اتوبوس هیدروژنی کافی است.

نمونه دیگر شرکت مایکروسافت است که گفته است می‌خواهد استفاده از هیدروژن سبز برای تامین برق مراکز داده‌های خود را گسترش دهد. این شرکت اخیرا به صورت آزمایشی برخی مراکز داده‌های خود را به مدت ۴۸ ساعت با سلول‌های سوخت هیدروژنی تامین کرد — که این به باور این شرکت طولانی‌ترین آزمایش این چنینی در جهان است. مایکروسافت حاضر است برای تولید و ذخیره هیدروژن سبز نه فقط برای مراکز داده‌های خود که حتی برای فروش آن به شبکه سراسری برق تلاش‌های بیشتری هم بکند. مایکروسافت حتی می‌تواند برای وسایل حمل و نقل دوربرد، پمپ هیدروژن درست کند.
اهمیت منبع هیدروژن و روش تولید آن
تولید هیدروژن بر مبنای گستره‌ای از منابع ممکن است؛ از جمله آب، سوخت‌های فسیلی یا توده‌زیست. این عنصر شیمیایی می‌تواند به عنوان منبع انرژی یا سوخت مورد استفاده قرار بگیرد. جذابیت هیدروژن برای این مصارف کاربردی از این جا می‌آید که در میان تمام سوخت‌های رایج، بالاترین محتوای انرژی را به نسبت وزن دارد. در این زمینه حدود سه برابر از بنزین جلوتر است. در حال حاضر از هیدروژن بیشتر در زمینه پالایش نفت، تولید آمونیاک و تامین سوخت خودروهای برقی استفاده می‌شود اما سیاستگزاران و سرمایه‌گذاران پتانسیل بالایی برای استفاده از این عنصر در سایر زمینه‌ها قائل‌اند، از جمله حمل و نقل (مثلا کشتیرانی، هوانوردی و خودروهای سنگین)، پالایش فلزات، تولید و ذخیره برق، گرمایش و ایجاد سوخت‌های ترکیبی.

اما منبع و روش تولید هیدروژن در هزینه و میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای آن تغییر ایجاد می‌کند و بنابراین هر نوع هیدروژنی را نمی‌توان سوخت پاک به حساب آورد. کارشناسان اکنون هیدروژن را بر اساس رنگ‌های مختلف دسته‌بندی می‌کنند تا میزان پاک بودن آن ‌را توضیح دهند. هیدروژن سبز در حال حاضر تنها با استفاده از انرژی تجدیدپذیر ایجاد می‌شود؛ هیدروژن آبی با استفاده از گاز طبیعی با جداسازی کربن؛ و هیدروژن خاکستری که کثیف‌ترین است و بالاترین میزان انتشار را در مرحله تولید دارد.

تولید هیدروژن سبز (که به آن هیدروژن تجدیدپذیر هم می‌گویند) از طریق استفاده از انرژی آب و خورشید برای الکترولیز کردن آب انجام می‌شود. به این روند الکتروسیس گفته می‌شود و با آن در واقع هیدروژن آب از بقیه عناصر آن تجزیه می‌شود. این گران‌قیمت‌ترین راه تولید هیدروژن است اما میزان انتشار آن نزدیک به صفر است و تنها راهی است که گروه‌های زیست‌محیطی و سیاستگزاران اتحادیه اروپا تشویق می‌کنند. هیدروژن پاک را در ضمن می‌توان با تغییر بیوشیمیِ زیست‌توده یا اصلاحِ زیست‌گاز (به جای گاز طبیعی) تولید کرد.

هیدروژن خاکستری اساسا با اصلاح گاز طبیعی در روندی که «اصلاح بخار-متان» نامیده می‌شود و یا گاز کردن ذغال سنگ انجام می‌شود. هیدروژنی که از گاز طبیعی به دست می‌آید امروز رایج‌ترین در روندهای صنعتی و مورد استفاده شمار اندکی از خودروها است. این هیدروژن ارزان‌ترین قیمت تولید را دارد اما به علت میزان بالاتر انتشار گازهای گلخانه‌ای کمتر تشویق می‌شود.

هیدروژن آبی یک قدم از هیدروژن خاکستری جلوتر است چرا که از سوخت‌های فسیلی (عمدتا همان گاز طبیعی) می‌آید اما گازهای گلخانه‌ای که منتشر می‌کند در روند تولید هیدروژن با استفاده از صنایع حذف کربن، کنار زده می‌شود. شرکت‌های نفت و گاز و شرکت‌هایی که ذخایر گاز طبیعی دارند از این شیوه حمایت می‌کنند. مثلا شرکت‌هایی مثل انی ایتالیا، اکیونور و اکسان موبیل خواهان استراتژی‌های شده‌اند که به آن‌ها امکان دهد گزینه هیدروژنِ متکی بر سوخت‌های فسیلی را هم به عنوان بخشی از اقدامات سبز خود حساب کنند.
کاهش هزینه شدنی است اما زمان می‌برد
افزایش پشتیبانی سیاسی از هیدروژن و سرمایه‌گذاری روی آن احتمالا باعث کاهش هزینه تولید به خصوص برای هیدروژن سبز خواهد بود. به گفته کمیسیون اتحادیه اروپا، هزینه تخمینی کنونی در این اتحادیه برای هیدروژن خاکستری (فسیل‌محور) حدود کیلویی یک و نیم یورو است. هزینه تخمینی برای هیدروژن آبی (فسیل‌محور با جداسازی و ذخیره کربن) حدود کیلویی دو یورو است و هیدروژن سبز کیلویی دو و نیم تا پنج و نیم یورو.

کمیسیون اتحادیه اروپا انتظار دارد هزینه هیدروژن سبز به سرعت پایین بیاید.

در ده سال گذشته هزینه الکترولیزر ۶۰ درصد کاهش داشته و انتظار می‌رود تا ۲۰۳۰ با توجه به افزایش میزان تولید، نصف شود. در مناطقی که انرژی تجدیدپذیر (مثل باد و خورشید) ارزان است انتظار می‌رود تا سال ۲۰۳۰ الکترولیزر در هزینه با اشکال خاکستری و فسیل‌محور هیدروژن که از اصلاح بخار-متان استفاده می‌کنند، رقابت کند.

در آمریکا هزینه تولید هیدروژن از کیلویی ۱.۵۹ دلار برای هیدروژن خاکستری آغاز می‌شود و به کیلویی ۲.۲۷ دلار برای هیدروژن آبی و نهایتا کیلویی ۵.۸۷ تا ۲۳.۳۷ دلار برای هیدروژن سبز می‌رسد. در دسترس بودن زیرساخت‌ها و قیمت مواد خام نیز جزو عوامل مهم‌اند. اما سیاستگزاران و سرمایه‌گذاران باور دارند توسعه منطقه‌ای زیرساخت‌های هیدروژن و فناوری‌های کاربری نهایی باعث بهره‌وری از مزیت مقیاس و ارزان‌تر شدن هیدروژن می‌شود. طبق برخی تخمین‌ها این روند حداقل ده سال طول خواهد کشید.