هیدروژن سبز:

سوخت آینده یا رویای پرهزینه؟

هیدروژن، فراوان‌ترین عنصر جهان، می‌تواند کامیون‌ها، کشتی‌ها و کارخانه‌ها را بدون انتشار کربن به حرکت درآورد. اما همه هیدروژن‌ها یکسان نیستند. کلید واقعی «هیدروژن سبز» تولیدشده با برق پاک است. آیا این سوخت رویایی آماده تحول بخش‌های دشوار صنعت است؟

کد خبر: ۱۳۲۰۶۵۴

تاریخ: ۲۴ آذر ۱۴۰۴ - ۰۹:۰۲

به گزارش پایگاه خبری دانا، گروه دانش و فناوری:

هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی، مدت‌هاست که مورد توجه قرار گرفته است. وقتی در یک پیل سوختی مصرف شود، تنها محصول جانبی آن آب است. این ویژگی آن را به یک کاندیدای ایده‌آل برای کاهش کربن در بخش‌هایی که برقی‌کردن مستقیم آن‌ها دشوار است، تبدیل می‌کند: حمل‌ونقل سنگین (کامیون‌ها، کشتی‌ها، هواپیماها)، صنایع سنگین (فولاد، سیمان، پتروشیمی) و ذخیره‌سازی انرژی بلندمدت. اما یک مشکل بزرگ وجود دارد: هیدروژن به صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود و باید از ترکیبات دیگر استخراج شود. نحوه تولید آن است که رنگش را تعیین می‌کند و آینده آن را رقم می‌زند.

در حال حاضر، حدود ۹۵٪ از هیدروژن تولیدی جهان «هیدروژن خاکستری» است که از طریق فرآیند «ریفرمینگ گاز طبیعی با بخار» تولید می‌شود. این فرآیند مقدار زیادی دی‌اکسید کربن منتشر می‌کند. اگر این CO₂ جذب و ذخیره شود، محصول «هیدروژن آبی» نام می‌گیرد که کربن کمتری دارد اما هنوز متکی به سوخت فسیلی است. ستاره واقعی داستان، «هیدروژن سبز»است. این نوع از طریق الکترولیز آب  تولید می‌شود: جریان الکتریسیته (ترجیحاً از منابع تجدیدپذیر مانند باد و خورشید) از طریق آب عبور می‌کند و آن را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌کند. اگر برق مورد استفاده ۱۰۰٪ تجدیدپذیر باشد، کل چرخه زندگی آن کاملاً عاری از کربن است.

چرا هیدروژن سبز اینقدر مهم است؟ زیرا می‌تواند بخش‌های دشوار کربن‌زدایی اقتصاد را که برقی‌کردن آن‌ها غیرعملی یا بسیار پرهزینه است، هدف قرار دهد. برای مثال، تولید فولاد به کک زغال سنگ به عنوان یک عامل کاهنده شیمیایی وابسته است که منجر به انتشار عظیم CO₂ می‌شود. هیدروژن سبز می‌تواند جایگزین زغال سنگ شود و در عین حال تنها بخار آب تولید کند. شرکت‌هایی مانند «HYBRIT» در سوئد در حال ساخت اولین کارخانه فولاد سبز جهان بر این اساس هستند. در حمل‌ونقل، پیل‌های سوختی هیدروژنی می‌توانند برای کامیون‌های مسافت طولانی گزینه بهتری نسبت به باتری‌های سنگین باشند، زیرا سوخت‌گیری سریع‌تر و برتری دارند.

با این حال، چالش‌های سر راه هیدروژن سبز بسیار بزرگ هستند. اولین و بزرگترین چالش، هزینه است. در حال حاضر، تولید هیدروژن سبز به دلیل قیمت بالای برق تجدیدپذیر و هزینه سرمایه‌ای زیاد الکترولایزرها، حدود ۲ تا ۳ برابر گران‌تر از هیدروژن خاکستری است. اما این در حال تغییر است: هزینه انرژی‌های تجدیدپذیر به سرعت در حال کاهش است و با افزایش تولید انبوه الکترولایزرها، هزینه آن‌ها نیز کاهش می‌یابد. پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۳۰، هیدروژن سبز در بسیاری از مناطق با هیدروژن خاکستری رقابت‌پذیر شود. چالش دوم، کارایی پایین چرخه است. تبدیل برق به هیدروژن (الکترولیز)، سپس فشرده‌سازی یا مایع‌سازی، حمل‌ونقل، ذخیره‌سازی و نهایتاً تبدیل مجدد به برق در پیل سوختی، تلفات انرژی قابل توجهی دارد (بازده چرخه حدود ۳۰-۴۰٪). این بدان معناست که استفاده مستقیم از برق در باتری‌ها برای خودروهای سواری بسیار کارآمدتر است. بنابراین، هیدروژن سبز باید در جاهایی استفاده شود که مزایای ذخیره‌سازی یا کاربردی منحصر به فردی دارد. چالش سوم، زیرساخت است. ما شبکه‌ای از خطوط لوله هیدروژن، ایستگاه‌های سوخت‌گیری و تأسیسات ذخیره‌سازی نداریم. ساختن این زیرساخت به سرمایه‌گذاری کلان و زمان نیاز دارد.

سیاست‌های دولت‌ها در سرعت‌بخشی به این انتقال حیاتی هستند. اتحادیه اروپا، ژاپن، کره جنوبی و دیگران استراتژی‌های ملی هیدروژن را با هدف تبدیل شدن به رهبران بازار تصویب کرده‌اند. سرمایه‌گذاری در مقیاس گیگاوات بر روی کارخانه‌های الکترولایزر در حال برنامه‌ریزی است. یک جنبه جالب، تجارت بین‌المللی هیدروژن سبز است. کشورهایی با زمین فراوان و منابع خورشیدی یا بادی عالی (مانند شیلی، عربستان سعودی، استرالیا، نامیبیا) می‌توانند به صادرکنندگان عمده هیدروژن سبز تبدیل شوند و جغرافیای انرژی جهان را بازنویسی کنند. هیدروژن را می‌توان به شکل مایع یا ترکیباتی مانند آمونیاک حمل کرد.

آینده به احتمال زیاد شاهد یک اکوسیستم انرژی ترکیبی خواهيم بود که در آن الکتریسیته و هیدروژن سبز مکمل یکدیگر هستند. برق تجدیدپذیر مستقیم، بخش‌های برقی آسان مانند روشنایی، لوازم خانگی و خودروهای مسافربری را تأمین می‌کند. هیدروژن سبز به عنوان یک حامل انرژی و ماده اولیه صنعتی، برای بخش‌های سخت‌تر و برای ذخیره‌سازی انرژی فصلی (مانند ذخیره انرژی مازاد خورشیدی در تابستان برای استفاده در زمستان) استفاده خواهد شد.

هیدروژن سبز یک راه‌حل جادویی فوری نیست، بلکه یک مسیر ضروری برای کربن‌زدایی عمیق اقتصاد جهانی است. این فناوری هنوز در مراحل اولیه تجاری است و نیاز به تحقیق، نوآوری و حمایت سیاسی دارد. اما اگر بتوانیم بر چالش هزینه و مقیاس غلبه کنیم، هیدروژن سبز می‌تواند نقش اساسی در ایجاد یک سیستم انرژی پایدار، انعطاف‌پذیر و عاری از کربن ایفا کند. این فقط یک سوخت نیست؛ بلکه یک ستون اصلی برای آینده‌ای پاک است.