گسترش استفاده از گاز هیدروژن به‌عنوان سوخت پاک در اسکاتلند

به‌تازگی در مجمع‌الجزایر کوچک اورکنی درسواحل شمال شرقی اسکاتلند، یک ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن تأسیس شده است و ساکنان این مجمع‌الجزایر قصد دارند از این پس از هیدروژن برای تأمین نیروی خودروها، فرابرها (وسیله‌ای شبیه لندیگراف برای جابه‌جایی مسافر و خودرو) و دیگ‌های بخار استفاده کنند؛ البته این ایستگاه سوخت هیدروژنی که توجه افراد زیادی را نیز به خود جلب کرده‌ است؛ ظاهر متفاوت و خاصی ندارد و در آن مانند پمپ‌ بنزین‌ها تنها پمپ‌هایی برای انتقال سوخت دیده می‌شود که برای استفاده از آن‌ها تنها باید نازل آن‌ها را درست مانند نازل پمپ‌های بنزین در مخزن قرار دهید و منتظر پر شدن مخزن سوخت باشید.

استفاده از هیدروژن به‌عنوان سوخت پاک از سال ۲۰۱۶ در مجمع‌الجزایر اورکنی آغاز شده است و در‌حال‌حاضر در این جزایر کوچک ۵ ون وجود دارد که انرژی آن‌ها تنها با هیدروژن تأمین می‌شود و هیچ نوع گاز گلخانه‌ای یا آلودگی تولید نمی‌کنند. البته تأمین سوخت این ون‌ها در ابتدا با مشکلاتی مواجه بود؛ زمانی‌که نخستین دستگاه از این ون‌ها در سال ۲۰۱۷ وارد جزایر اورکنی شد، هنوز گاز هیدروژن برای تأمین سوخت آن‌ها در این جزایر تولید نمی‌شد. مدتی بعد پمپ‌ها راه‌اندازی شدند؛ اما مشکل دیگری نیز باید در رابطه با این ون‌ها برطرف می‌شد و آن هم نبود تعمیرکاری ماهر برای تعمیر آن‌ها بود.

ساکنان اورکنی برای برطرف کردن این مشکل از فرد متخصصی خواستند تا تعمیر این خودروها را به یکی از تعمیرکاران بومی آموزش دهد. درضمن آن‌ها برای تسهیل استفاده از هیدروژن در شناورها، برای اپراتورهای کشتی‌ها چندین دوره‌ی آموزشی برگزار و پیش‌نویسی از قوانین جدید دریایی نیز تهیه کردند. همچنین طبق برنامه‌ریزی‌های انجام‌شده، قرار است نخستین خودروی دریایی و نخستین فرابر کاملا هیدروژنی جهان تا سال ۲۰۲۱ کار خود را در این جزایر آغاز کنند.

اگر روزی رویای راه‌اندازی یک کشتی کاملا هیدروژنی به واقعیت بپیوندند، قطعا دیگران نیز از ما تقلید خواهند کرد.

ساختار هیدروژن برخلاف بنزین و نفت دریایی به این صورت نیست که خودش بسوزد و مواد آلاینده تولید کند، بلکه پس از ترکیب شدن با اکسیژن منجر به ایجاد واکنش الکترونیکی و درنهایت تأمین نیروی موتور می‌شود؛ تنها ماده‌ی خروجی از خودرو پس از مصرف هیدروژن، آب خالص است؛ به عبارت دیگر این ماده‌ی سوختی اصلا باعث آلودگی و تولید گازهای گلخانه‌ای (مانند دی‌‌اکسید) نمی‌شود و درنتیجه پدیده‌ی گرم شدن جهانی را نیز به همراه ندارد. هیدروژن می‌تواند علاوه‌بر تأمین سوخت خودروها، برای گرمایش ساختمان‌ها، تأمین نیروی تجهیزات برقی، قطارها، فرابرها، کشتی‌های باربری و همچنین تأمین نیروی لازم برای انجام فرآیندهای صنعتی نیز استفاده شود.

امکان ذخیره‌سازی طولانی‌مدت گاز هیدروژن و انتقال آن به نقاط دیگر، یکی دیگر از مزایای این سوخت پاک محسوب می‌شود. یکی از مشاوران شرکت بلومبرگ نیو انرژی فایننس در یکی از مقاله‌های خود اذعان کرده است که هیدروژن یکی از بهترین مواد برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت (بیشتر از چند روز) محسوب می‌شود و می‌توان آن را در باتری ذخیره کرد.

البته هیدروژن درکنار مزایای خود معایبی هم دارد. تولید این ماده به شکل گاز کار پیچیده‌ای است؛ اگرچه هیدروژن فراوان‌ترین ماده در جهان محسوب می‌شود اما میزان بسیار کمی از آن را می‌توان به‌عنوان گاز استفاده کرد (این کار بسیار دشوار‌تر از ایجاد پیوند قوی این ماده با اکسیژن برای تولید آب است). برای تبدیل هیدروژن به گاز باید پیوند اکسیژن و هیدروژن را شکست که نیازمند برق زیادی است و در بسیاری از موارد برق مورد نیاز برای انجام این کار از منابع انرژی سبز و پاک تأمین نمی‌شود. درضمن برق مصرفی در این فرایند می‌تواند در زمینه‌های دیگر (مثلا تأمین نیروی خودروهای برقی) به کار رود.

روش کم‌هزینه‌‌تر تولید گاز هیدروژن، استفاده از گاز متان و روش جذب و ذخیره‌ی کربن (CCS) است. برخی از کارشناسان معتقدند که با این روش می‌توان میزان بیشتری از این گاز را تولید کرد؛ اما این روش نیز آلودگی دارد؛ البته نتایج پژوهشی که در فوریه ۲۰۱۹ انجام شد، نشان داد که هزینه‌ی تولید گاز هیدروژن با استفاده از نیروی برقی که ازطریق منابع انرژی‌های تجدیدپذیر تأمین می‌شود؛ می‌تواند در طول یک دهه با هزینه‌ی تولید این ماده با روش CCS قابل رقابت باشد.

ذخیره‌‌ی هیدروژن در مقیاس وسیع دشوار است؛ زیرا هنوز باتری‌های بسیار بزرگ برای ذخیره‌سازی گسترده ساخته نشده‌اند و از سویی دیگر گاهی اوقات باید برای جلوگیری از آسیب رسیدن به خطوط برق‌رسانی سرزمین اصلی، فعالیت‌های توربین‌هایی که نیروی آن‌ها با انرژی باد و جزر و مد تأمین می‌شود، متوقف شود؛ زیرا رفع مشکل این شبکه‌ها و به‌روز‌رسانی آن‌ها هزینه‌ی زیادی دارد.

این محدودیت‌ها ساکنان جزایر اورکنی را آزار می‌دهد و از سویی دیگر استفاده از انرژی‌های پاک برای آن‌ها هزینه زیادی دارد؛ البته آن‌ها ترجیح می‌دهند توربین‌ها به فعالیت خود ادامه دهند یا به‌دنبال راه‌هایی برای استفاده از انرژی آن‌ها هستند؛ بنابراین آن‌ها مدتی پیش تصمیم گرفتند از انرژی پاک تولید‌شده‌ی مازاد بر مصرف برای تولید هیدروژن استفاده کنند.

تولید هیدروژن

گاز هیدروژن مصرفی ساکنان جزایر اورکنی، از جزیره‌ای به نام ایدی (Eday) تأمین می‌شود که ۱۳۰ نفر جمعیت دارد. ایدی جزیره‌ای است که ساکنان آن میزان زیادی از انرژی پاک را در اختیار دارند؛ اما نمی‌توانند از آن استفاده کنند.

در این جزیره در سال ۲۰۱۲ یک توربین بادی اختصاصی ساخته شد که برق تولیدی آن به انگلستان فروخته می‌شود و در شبکه‌ی برق ملی این کشور به مصرف می‌رسد و مردم ایدی از این طریق درآمد خوبی کسب می‌کنند؛ البته اپراتور شبکه‌ی ملی برق‌رسانی انگلستان اواخر سال میلادی گذشته اعلام کرد که توربین‌های جدید زیادی در شمال اسکاتلند ساخته شده است که تمام برق تولیدی آن‌ها به مصرف نمی‌رسد.

جزیره‌ی ایدی در مکانی واقع شده است که مرکز انرژی دریایی اروپا (EMEC)، سازمان جهانی پیشتازی برای استفاده از انرژی جزر و مد، تلاش می‌کند توربین‌های جزر و مدی جدیدی را در آب‌های پرتلاطم اطراف جزیره مورد بهره‌برداری قرار دهد. جزیره‌ی ایدی با دسترسی به دو منبع قابل‌اعتماد برای تولید انرژی پاک، مکانی ایده‌آل برای شروع تولید گاز هیدروژن است؛ اما ساکنان این جزیره قبلا توانایی خود را برای تولید گاز هیدروژن محک زده‌اند.

پژوهشگران جزایر اورکنی پس از دریافت ۱٫۴ میلیون پوند کمک هزینه از دولت انگلستان، پژوهشی درباره‌ی این موضوع انجام دادند و به پاسخ سؤال خود رسیدند. آن‌ها تانکی سبز به اندازه‌ی تانک کامیون‌های باربری را پر از آب کردند و برای جدا کردن اتم اکسیژن و هیدروژن در مولکول‌های آب، برق را وارد آب کردند (به این فرایند برق‌کافت یا الکترولیز می‌گویند). پس از انجام این فرایند، اکسیژن بدون هیچ خطری در هوای آزاد رها شد و هیدروژن باقی‌مانده نیز پس از فشرده‌سازی در مخزن‌های مخصوص ذخیره شد.

مخازن حاوی نیتروژن ابتدا برای تأمین نیروی کارهایی که به انرژی زیادی نیاز نداشتند، مصرف می‌شدند. هیدروژن پس از تبدیل شدن به الکتریسیته و ذخیره‌سازی در پیل‌های سوختی موجود در بندر کیرکوال، برای روشن کردن لامپ‌های کشتی‌ها و گرمایش سالن خدمه، مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

بنابراین اگر روزی باد زیادی بوزد، امکان تولید و ذخیره‌سازی هیدروژن برای روشن کردن لامپ‌ها در دو یا چند روز پس از آن وجود دارد.

پس از انجام این پروژه، پروژه‌های جدید دیگر یکی پس از دیگری اجرا شدند و ایستگاه دوم تولید گاز هیدروژن با فرایند برق‌کافت در جزیره‌ی شاپینسای ایجاد شد. راه‌اندازی دیگ بخار هیدروژنی برای یک مدرسه و اقداماتی برای ساخت فرابر هیدروژنی نیز از دیگر پروژه‌ها بود. درعین حال چندین ایستگاه سوخت هیدروژن و پنج ون هیدروژنی دیگر نیز در این جزایر راه‌اندازی شد؛ البته مردم اورکنی اهداف دیگری را نیز دنبال می‌کردند.

مجمع‌الجزایر اورکنی که از جزایر کوچکی تشکیل شده، و برای جابه‌جایی روزانه‌ی کالاها، داروها و اشخاص بین بنادر مختلف، به میزان زیادی به حمل‌و‌نقل دریایی و فرابرها وابسته است؛ اما فرابرها حدود یک سوم از سوخت‌های فسیلی این جزایر را مصرف می‌کنند و مانع بزرگی برای تبدیل شدن جزایر به مکانی سبز هستند.

جان کلیپشام، سرپرست بخش مدیریت هیدروژن در مرکز انرژی دریایی اروپا، معتقد است استفاده از فرابر هیدروژنی یکی از روش‌های بسیار خوب کاهش تولید دی‌اکسید کربن در بخش حمل‌و‌نقل دریایی است.

جزیره‌ی شاپینسای (Shaponsay) با ۳۰۰ نفر جمعیت، تپه‌ها و سواحل بسیار خوبی را نیز در خود جای داده است. در سال ۲۰۱۲ در دامنه‌های این جزیره دوربین‌های بادی زیادی نصب شد که به اندازه‌ی کافی درآمد دارند و بودجه‌ی آموزشی این جزیره را تأمین می‌کنند. درضمن یک تاکسی برقی نیز در این جزیره فعالیت می‌کند. درگذشته ۳۶ درصد از انرژی تولیدی توربین‌های بادی شاپینسای هدر می‌رفت؛ اما چند سال بعد مسئولان چند سازمان از این جزیره بازدید کردند و تصمیم گرفتند از برق مازاد بر مصرف این جزیره برای تولید گاز هیدروژن استفاده کنند و با ساکنان جزیره نیز به توافق رسیدند.

عملیات ساخت ایستگاه تولید برق با استفاده از روش الکترولیز در این جزیره در سال ۲۰۱۸ آغاز شد و در آینده‌ای نزدیک با ظرفیت ۵۰۰ کیلوگرم در روز به بهره‌برداری می‌رسد. محصول این ایستگاه تقریبا برای تردد فرابر بین شاپینسای و بندر کیرک‌وال کافی است. در‌حال‌حاضر مردم شاپینسای برق مازاد بر مصرف خود را می‌فروشند و به‌جای آن یک دیگ بخار هیدروژنی کاتالیزوری برای گرمایش کلاس‌های یک مدرسه گرفته‌اند.

فرابر هیدروژنی مسیر بین شاپینسای- کیریکوال نیز بدون هیچ مشکلی به کار خود ادامه می‌دهد. شاید روزی دوران لندیگراف‌های دیزلی به پایان برسد؛ اما نمی‌توان درباره‌ی این موضوع با قطعیت نظر داد؛ زیرا فرابر هیدروژنی مجمع‌الجزایر اورکنی تنها یک نمونه‌ی اولیه است و ساختن نمونه‌های مشابه چند سال یا حتی چند دهه طول می‌کشد.

طرح اولیه‌ی فرابر هیدروژنی پروژه‌ی Water-Go-Round

وجود دومین پایانه‌ی نفتی انگلستان در یکی از شهرهای مجمع‌الجزایر اورکنی به نام فلوتا (Flotta)، یکی دیگر از موانع بزرگ دیگر برای تبدیل این مجمع‌الجزایر به مکانی سبز است؛ این پایانه‌ی نفتی نشان می‌دهد که سوخت‌های فسیلی هنوز هم در این جزایر مصرف می‌شوند. درضمن صنعت نفت درآمد تعداد قابل توجهی از ساکنان این جزیره را تأمین می‌کند؛ البته اکنون انرژی‌‌های تجدیدپذیر و پاک می‌توانند فرصت‌های شغلی و درآمد خوبی برای جوانان فراهم کنند که می‌تواند بیشتر از درآمد کشاورزی و سوخت‌های فسیلی باشد.

بسیاری از مردم جزایر اورکنی از اینکه فناوری‌های پیچیده‌ای در اختیار دارند، افتخار می‌کنند و قصد دارند مشاغل حرفه‌ای خوبی نیز برای جوانان خود ایجاد کنند. همچنین استفاده از انرژی‌‌های پاک در جزایر اورکنی می‌تواند زمینه‌ساز کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی در مناطق و شهرهای کوچکی باشد که بودجه‌ی خوبی در اختیار دارند.