آینده سوخت هیدروژنی در گرو نرخ گاز طبیعی

گروه انرژی| فرداد احمدی|

زمانی نه چندان دور وقتی اجداد سه نسل قبل ما داشتند روی کره زمین زندگی می‌کردند، چوب و حداکثر زغال‌سنگ منابع اصلی تأمین انرژی در سراسر دنیا بودند، اما امروزه روش‌های تولید و تأمین انرژی تنوع زیادی دارد که بخش قابل توجه از آن را انرژی‌های پاک تشکیل می‌دهند. با این وجود همچنان چالش‌هایی مثل به صرفه بودن انرژی تولید شده در مقایسه با انرژی‌های فسیلی ارزان‌قیمت، مانع سرعت بخشیدن به توسعه انرژی پاک می‌شود. این چالش به خصوص در بخش حمل‌ونقل بیش از سایر حوزه‌ها جلوه کرده است. یکی از انرژی‌های آینده‌دار پاک، انرژی هیدروژنی است که از قضا، جهان بیشتر از سایر حوزه‌های انرژی پاک به آن امیدوار است. انرژی حاصل از سوختن هیدروژن بیشتر از سوخت‌های فسیلی است و آلایندگی آن صفر است. هیدروژن همچنین فراوان‌ترین عنصر جهان و بر روی کره زمین است، با این حال شرایط جوی زمین اجازه حضور پایدار ملکول‌های مستقل آنکه همان سوخت هیدروژنی است را نمی‌دهد؛ بنابراین هیدروژن را باید استحصال کرد. به تازگی آژانس بین‌المللی انرژی در گزارشی توضیح داده است که راه‌های فراوانی برای استحصال هیدروژن وجود دارد، اما در حال حاضر ارزان‌ترین و متداول‌ترین روش تولید سوخت هیدروژنی، استخراج آن از گاز طبیعی است که البته باعث انتشار دی‌اکسید کربن می‌شود. گرانی نرخ گاز طبیعی، توجیه‌پذیری اقتصادی تولید سوخت هیدروژنی را برای کشورهای واردکننده سوخت‌های فسیلی کاهش می‌دهد، اما با پیشرفته‌تر شدن سایر روش‌های تولید این سوخت مانند الکترولیز و انر‌ژی خورشیدی، کم‌کم این روش‌های جدید کاملأ پاک نقش پررنگ‌تری را در تولید هیدروژن ایفا می‌کنند.

آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) می‌نویسد که هیدروژن و انرژی تاریخ مشترکی دارند؛ بیش از 200 سال پیش نیروی نخستین موتورهای احتراق داخلی جزئی جدایی‌ناپذیر از صنعت پالایش مدرن شد. هیدروژن می‌تواند برای تولید روشنایی به کار رود و ذخیره و متراکم شود، در حالی که هیچ گونه آلاینده یا گاز گلخانه‌ای به صورت مستقیم تولید نکند. اما برای آنکه هیدروژن سهم قابل توجهی از انرژی پاک را به خود اختصاص دهد لازم است که در بخش‌هایی مانند حمل و نقل، ساختمان و تولید برق پذیرفته شود. اکنون هیدروژن تقریبأ در این بخش‌ها حضور ندارد.عرضه هیدروژن به کاربران صنعتی در حال حاضر تجارتی بزرگ در سراسر جهان است و تقاضا برایش از سال 1975 تاکنون بیش از 3 برابر رشد کرده و همچنان رو به افزایش است. هیدروژن اکنون تقریبأ بطور کامل از سوخت‌های فسیلی تأمین می‌شود و 6 درصد گاز طبیعی و 2 درصد زغال‌سنگ جهان در تولید آن مصرف می‌شوند. در نتیجه تولید هیدروژن باعث انتشار حدود 830 میلیون تن دی‌اکسید کربن در سال می‌شود که معادل دی‌اکسید کربن انتشار یافته در کشورهای انگلستان و اندونزی است.

اگر چه تولید هیدروژن از گاز طبیعی و زغال‌سنگ باز هم به انتشار گاز‌های گلخانه‌ای و گرمایش زمین منجر می‌شود، اما با توجه به آنکه این انتشار به مجتمع‌های تولید سوخت هیدروژنی محدود می‌شود، با ایجاد فاصله بین این مجتمع‌ها و شهرها و در صورت استفاده کردن وسایل حمل‌ونقل شهری از سوخت هیدروژنی، می‌توان آلودگی ناشی از احتراق سوخت‌های فسیلی در هوا را به خارج از شهرها منتقل کرد و شهرها را از آلودگی هوا نجات داد. همچنین، تمرکز منبع آلایندگی هوا در مجتمع‌های تولید سوخت هیدروژنی، امکان ایجاد مکانیزم‌هایی مانند ترسیب کربن (فرایند پمپاژ دی‌اکسید کربن به داخل زمین برای جلوگیری از انتشار آن در هوا) را فراهم می‌کند که برای کاهش آلایندگی زمین مفید هستند. اکنون در اروپا 6 پروژه بزرگ CCS (ترسیب کربن) در حال اجرا است که از قضا هر 6 پروژه جدید با تولید هیدروژن مرتبط هستند.

بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی در طول چند سال گذشته هزینه‌های جهانی برای تحقیقات، توسعه و تثبیت انرژی هیدروژنی توسط دولت‌های ملی رشد داشته، اما این هزینه‌ها هنوز به رکورد هزینه‌های سال 2008 (سال رکود جهانی اقتصاد) نرسیده است. تعدادی از کشورها بطور مستقیم از سرمایه‌گذاری در فناوری‌های هیدروژنی پشتیبانی کرده و از بخش‌هایی در صنعت که اهدافی در حوزه تکنولوژی هیدروژنی دارند حمایت می‌کنند. اکنون حدود 50 هدف و سیاست‌گذاری برای حمایت از انرژی هیدروژنی در نقاط مختلف دنیا طراحی شده است که اکثرشان بر حمل و نقل تمرکز دارند.

هیدروژن می‌تواند از سوخت‌های فسیلی و زیست‌توده، به همراه آب یا از هر دو روش تولید شود. گاز طبیعی در حال حاضر منبع اصلی تولید هیدروژن است و حدود سه چهارم تولید هیدروژن سالانه که حدود 70 میلیون تن است را به خود اختصاص می‌دهد. گاز طبیعی اختصاص داده شده برای تولید هیدروژن حدود 6 درصد از مصرف جهانی گاز را تشکیل می‌دهد. در چین اما به دلیل آنکه زغال‌سنگ هنوز نقش پررنگی در صنعت و انرژی دارد، گاز بعد از زغال‌سنگ برای این منظور استفاده شده و کسر کوچکی از هیدروژن نیز با نفت و الکتریسیته تولید می‌شود.

IEA می‌نویسد که هزینه تولید هیدروژن از گاز طبیعی تحت تأثیر تعدادی از عوامل فنی و اقتصادی قرار دارد که قیمت گاز و هزینه‌های سرمایه‌ای مهم‌ترین عوامل موثر بر پیشرفت این تکنولوژی هستند. هزینه تأمین سوخت بزرگ‌ترین بخش هزینه‌ها را تشکیل می‌دهد و بین 45 تا 75 درصد از هزینه‌های تولید را تشکیل می‌دهد. البته قیمت‌های پایین گاز طبیعی در خاورمیانه، روسیه و امریکای شمالی، باعث می‌شود که سهم هزینه‌های بخش‌های دیگر تولید هیدروژن پررنگ‌تر باشد.

واردکنندگان گاز طبیعی مانند ژاپن، کره جنوبی، چین و هند مجبورند با هزینه‌های بالاتر گاز وارداتی خود را وفق دهند که باعث افزایش هزینه‌های تولید هیدروژن در این کشورها می‌شود.

در حالی که در حال حاضر کمتر از 0.1 درصد از تولید جهانی هیدروژن با استفاده از روش الکترولیز آب به دست می‌آید، با کاهش هزینه‌های تولید برق تجدیدپذیر، به ویژه انرژی خورشیدی و انرژی بادی، علاقه به تولید هیدروژن با الکترولیز رو به افزایش است. اختصاص برق انرژی‌های تجدیدپذیر یا انرژی هسته‌ای می‌تواند جایگزین استفاده از برق شبکه برای تولید هیدروژن شود. امروزه مصرف الکتریسیته برای تولید هیدروژن برابر با 3 هزار و 600 تراوات‌ساعت و بیشتر از کل تقاضای برق سالانه اتحادیه اروپا است.امروزه بیشتر هیدروژن تولیدی در صنایعی مانند پالایش نفت، تولید آمونیاک، تولید متانول و تولید فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. تقریبأ تمام این هیدروژن با استفاده از سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود، بنابراین پتانسیل قابل توجهی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای با تولید هیدروژن پاک وجود دارد.

در حمل و نقل، رقابت‌پذیری خودروهای هیدروژنی به هزینه‌های مربوط به سلول سوختی (مخزن ذخیره هیدروژن) و ایستگاه‌های سوخت‌گیری وابسته است. بطور خاص برای کامیون‌ها اولویت این است که قیمت‌های تحویل هیدروژن کاهش یابد. حمل‌ونقل دریایی و هوایی با محدودیت‌هایی برای استفاده از سوخت‌های در دسترس کم‌کربن روبرو هستند و این امر نشان‌دهنده فرصتی برای سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن است.در ساختمان‌ها، هیدروژن می‌تواند درون شبکه‌های گاز طبیعی موجود تزریق و با گاز طبیعی مخلوط شود. پتانسیل چنین اقدامی بیش از همه و در ساختمان‌های تجاری و مسکونی وجود دارد؛ به ویژه در شهرهای متراکم که می‌توان چشم‌اندازی بلندمدت برای آنها ترسیم کرد که شامل استفاده مستقیم از هیدروژن در نیروگاه‌های هیدروژنی و سلول‌های سوختی باشد.

هیدروژن در بخش برق هم حرف‌هایی برای گفتن دارد و یکی از گزینه‌های پیش‌رو برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر است. هیدروژن و آمونیاک می‌توانند برای افزایش انعطاف‌پذیری سیستم نیرو در توربین‌های گازی مورد استفاده قرار بگیرند. آمونیاک همچنین می‌تواند برای کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای در نیروگاه‌های زغال‌سنگی استفاده شود.

هیدروژن همین حالا هم به صورت گسترده در برخی صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما هنوز پتانسیل آن برای پرچم‌داری تحولات به سمت انرژی پاک درک نشده است. لازم است که اهداف بلند‌مدت و اقدامات کوتاه‌مدتی برای کاهش هزینه‌ها و رفع هر چه بیشتر موانع اتخاذ شود.