پیش‌بینی می‌ شود که هیدروژن بین ۱۲ تا ۲۰ درصد تقاضای نهایی انرژی جهان را تامین خواهد کرد.

پیش‌بینی می‌ شود که هیدروژن بین ۱۲ تا ۲۰ درصد تقاضای نهایی انرژی جهان را تامین خواهد کرد.

هیدروژن نقش حیاتی در کربن زدایی عمیق اقتصاد جهانی خواهد داشت. در دنیای صفر خالص، برآوردهایی مانند آنچه توسط انجمن بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (IRENA) و شورای هیدروژن ارائه شده است، پیش‌بینی می‌کنند که این ماده شیمیایی بین ۱۲ تا ۲۰ درصد تقاضای نهایی انرژی جهان را تامین خواهد کرد.

به همین دلیل، هیدروژن مورد توجه سیاستگذاران و عموم مردم قرار گرفته است. هیدروژن همه کاره است و خواص آن برای کربن زدایی بسیاری از فرآیندهای اقتصادی حیاتی که به راحتی نمی توان آنها را الکتریکی کرد، به ویژه در صنایعی مانند پالایش، فولاد و سیمان ایده آل است. ابتدا محدودیت های استفاده از هیدروژن مورد بررسی قرار می گیرد سپس به کاربردهای کلیدی از این ماده حیاتی اشاره می شود.

محدودیت های استفاده از هیدروژن 

واقعیت این است که ساخت هیدروژن مایع برای هر واحد انرژی بسیار انرژی بر خواهد بود و بنابراین بسیار گران است تا حمل محصول مایع را توجیه کند. تبدیل سوخت (باد، خورشید، انرژی آب، گاز طبیعی و غیره) به الکتریسیته، از الکتریسیته به هیدروژن، و سپس از هیدروژن به هیدروژن مایع، منجر به هزینه بسیار زیاد می شود. اگر مقصد واردات هیدروژن برای تولید برق باشد، هزینه به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. باید گفت مقدار انرژی قابل انتقال از طریق هیدروژن حتی به صورت مایع،معادل ۴۰ درصد حجم گاز طبیعی مایع است.

علاوه بر این پایانه های گاز طبیعی مایع موجود قادر به صادرات و واردات هیدروژن مایع نخواهد بود. شکنندگی هیدروژن به مخازن ذخیره سازی، لوله کشی، پمپ ها و شیرهای جدید نیاز دارد و جهت رسیدن به دمای مایع ۲۵۳- درجه سانتیگراد، در مقابل ۱۶۲- درجه سانتیگراد برای گاز طبیعی، به کمپرسورهای جدید و با ظرفیت بالاتر مورد نیاز است. این بازسازی های پرهزینه و وقت گیر به شدت به اقتصاد پروژه آسیب می رساند.

بعید است که تبدیل برق یا گاز طبیعی به هیدروژن و سپس به برق از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد، مگر در شرایط محدود، مانند ذخیره سازی طولانی مدت

از طرفی بعید است که تبدیل برق یا گاز طبیعی به هیدروژن و سپس به برق از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد، مگر در شرایط محدود، مانند ذخیره سازی طولانی مدت. استفاده از هیدروژن برای تولید برق، بازده رفت و برگشت ضعیفی را نشان می دهد. تبدیل برق به گرما از طریق پمپ های حرارتی بسیار کارآمدتر است تا ترکیب هیدروژن در خطوط لوله توزیع گاز خانگی برای گرمایش.

در بریتانیا، یک مطالعه توسط دانشگاه آکسفورد نشان داد که هیدروژن برای گرمایش فضا و آب گرم منجر به هزینه‌های سیستم انرژی بالاتر و اثرات زیست محیطی مهم تر، از جمله نیازهای بیشتر کاربری زمین می شود – به طوری که برای گرم کردن خانه از طریق هیدروژن به حدود پنج برابر بیشتر از یک پمپ حرارتی برق نیاز است. یک مطالعه روی هیدروژن توسط پارلمان بریتانیا نشان داد که «هیدروژن می‌تواند در گرمایش خانگی نقشی داشته باشد، اما میزان پتانسیل آن هنوز نامشخص است و به نظر می‌رسد محدود باشد و نه گسترده».

باید گفت باتری ها نسبت به سلول های سوختی هیدروژنی کارآمدتر هستند و ۸۰ تا ۹۰ درصد برق ذخیره شده را به کشش تبدیل می کنند این در حالی است که سلول های سوختی هیدروژنی ۴۰-۶۰ درصد برق ذخیره شده را به کشش تبدیل می کنند.باتری‌ها همچنین در منحنی هزینه نسبت به سلول‌های سوختی پیشرفته‌تر هستند، احتمالاً می‌توانند برد بهبود یافته را ارائه دهند و از مزایای زیرساخت توسعه‌یافته‌تر برخوردار شوند.

کاربردهای کلیدی هیدروژن

در حالی که هیدروژن دارای محدودیت هایی است، نقش مهمی در کربن زدایی خواهد داشت. هیدروژن در دمای بالاتر (۲۱۸۲ درجه سانتیگراد) نسبت به گاز طبیعی (۱۹۳۷ درجه سانتیگراد) می سوزد، اما احتراق هیدروژن فقط آب تولید می کند. این امر آن را به یک راه حل ایده آل برای کاربردهای صنعتی که به گرمای فرآیند نیاز دارند مانند فولاد، که مسئول ۷-۹ درصد انتشار گازهای گلخانه ای جهانی است، تبدیل می کند.

اولین اولویت برای ایجاد بازار هیدروژن با کربن کم تا صفر باید کربن زدایی کاربردهای هیدروژن موجود باشد و این کار با پالایش شروع می شود

اولین اولویت برای ایجاد بازار هیدروژن با کربن کم تا صفر باید کربن زدایی کاربردهای هیدروژن موجود باشد. این کار با پالایش شروع می شود – جایی که هیدروژن برای تصفیه هیدروژنی و هیدروکراکینگ که برای فرآوری نفت خام ترش سنگین ضروری هستند و مواد شیمیایی مبتنی بر نیتروژن که برای تولید آمونیاک ضروری است، استفاده می شود.

امروزه تقاضا برای هیدروژن در مجموع حدود ۱۰۰ میلیون تن در سال است اما کمتر از یک میلیون تن در سال از منابع «کم کربن» هیدروژن به دست می‌آید، اگرچه اگر همه پروژه‌های در حال انجام امروز تکمیل شوند، این میزان می‌تواند تا سال ۲۰۳۰ به ۱۶ تا ۲۴ میلیون تن در سال برسد.

هیدروژن برای کربن زدایی فولاد ضروری است. از طریق فرآیندی به نام احیای مستقیم آهن می‌توان فولاد سبز را با دور زدن فرآیند کوره اکسیژن ساخت. بر خلاف باتری ها که الکتریسیته را به صورت الکتروشیمیایی در یک سلول گالوانیکی ذخیره می کنند، هیدروژن یک محلول ذخیره انرژی شیمیایی است که می تواند با ذخیره انرژی برای مدت طولانی در یکپارچه سازی شبکه الکتریکی نقش داشته باشد و در نهایت از طریق احتراق یا با استفاده از سوخت به برق تبدیل شود.

با این حال، تولید هیدروژن با هدف پر کردن شکاف های طولانی مدت در تولید الکتریسیته قوی، مقرون به صرفه تر از استفاده از ذخیره سازی باتری ارزشمند برای این منظور است. باتری‌ها از نظر اقتصادی برای ذخیره‌سازی کوتاه‌مدت استفاده می‌شوند و کاهش‌های روزانه را در تولید انرژی‌های تجدیدپذیر متعادل می‌کنند.

یکی از حوزه هایی که باید به آن توجه کرد کربن زدایی وسایل نقلیه سنگین است، مانند وسایل نقلیه معدن و ساخت و ساز که ممکن است الزامات آنها با حمل و نقل طولانی مدت متفاوت باشد. به عنوان مثال، شرکت‌هایی مانند First Mode در حال آزمایش کامیون‌های حمل هیدروژن برای سایت‌های معدن هستند و مدل‌هایی را ارائه کرده‌اند که قدرت بیشتری نسبت به پیشینیان دیزلی ارائه می‌دهند.

صنعت هوانوردی نیز جایی است که هیدروژن ممکن است هنوز به عنوان مسیری مناسب برای فعال کردن پروازهای کم انتشار، حداقل در زمینه های خاص، ظاهر شود. این مهم شامل حوزه حمل و نقل نیز می شود که متانول – یک حامل هیدروژن – ممکن است راه حل پیشرو باشد.

در هر صورت، برق رسانی جهانی با فناوری های موجود در حال حاضر امکان پذیر نیست. هیدروژن یک بلوک غیرقابل جایگزین برای سیستم انرژی خالص صفر باقی خواهد ماند و سیاستگذاران باید همچنان به ارزش آن ادامه دهند./بازار