انقلاب هیدروژن سبز در حوزه‌ی انرژی‌ تجدیدپذیر

در حاشیه‌ی بیابان عربستان سعودی درکنار دریای سرخ، قرار است شهری آینده‌نگرانه به‌ نام «نئوم» ساخته شود. این شهر ۵۰۰ میلیارد دلاری (همراه‌ با تاکسی‌های پرنده و ربات‌های خانگی) قرار است محل سکونت یک میلیون نفر باشد. عربستان قصد ندارد از نفت برای تأمین انرژی شهر و فروش آن به دنیا استفاده کند. این کشور در حال سرمایه‌گذاری روی سوخت دیگری است؛ هیدروژن سبز. به ‌منظور تولید این سوخت از برق حاصل از انرژی‌های تجدیدپذیر برای جدا کردن مولکول‌های هیدروژن از مولکول‌های آب استفاده می‌شود و حاصل آن سوخت عاری از کربن هیدروژن سبز است.

تابستان سال جاری، شرکت بزرگ آمریکایی Air Products & Chemicals، اعلام کرد ه‌عنوان بخشی از پروژه‌ی نئوم در چهار سال گذشته در حال ساخت کارخانه هیدروژن سبز در عربستان بوده است. انرژی مورد نیاز این کارخانه از چهار گیگاوات برق حاصل از پروژه‌های بادی و خورشیدی تأمین می‌شود که در بیابان پراکنده‌اند. ادعا می‌شود پروژه‌ی مذکور بزرگ‌ترین طرح هیدروژن سبز در جهان است و عربستان قصد دارد تعداد بیشتری از این نیروگاه‌ها بسازد.

عربستان تنها کشوری نیست که هیدروژن سبز را به‌عنوان پیشرفت مهم آینده در انرژی می‌بیند. البته این سوخت در آمریکا چندان مورد توجه قرار نمی‌گیرد؛ اما کشورهای مختلف جهان درحال روی آوردن به هیدروژن سبز هستند و بسیاری از شرکت‌ها، سرمایه‌گذاران، دولت‌ها و دوست‌داران محیط ‌زیست بر این باورند که هیدروژن سبز منبعی از انرژی است که می‌تواند به پایان بخشیدن به دوران فرمان‌روایی سوخت‌های فسیلی کمک کند و روند گرمایش زمین را کُند کند.

هیدروژن در کشورهایی مانند آلمان و بریتانیا، در حال ‌حاضر انرژی برخی از وسایل نقلیه بزرگ مانند قطار را تأمین می‌کند؛ اما دستیابی به هیدروژن سبز و پاک دشوار است

راشل فخری، تحلیل‌گر انرژی، هیدروژن سبز را بسیار امیدوارکننده می‌داند. کارشناسانی مانند فخری می‌گویند درحالی‌که انرژی بادی و خورشیدی می‌تواند برق مورد نیاز خانه‌ها و اتومبیل‌های برقی را تأمین کند، هیدروژن سبز می‌تواند منبع انرژی ایده‌آلی برای صنایعی مانند صنایع تولید بتن و فولاد باشد که به انرژی بالایی نیاز دارند و نیز بخش‌هایی از سیستم حمل‌و‌نقل که برقی کردن آن‌ها دشواتر است.

اروپا که دارای اقتصادی است که قیمت‌های بالای انرژی را متحمل می‌شود و به‌شدت به گاز طبیعی روسیه وابسته است، با تأمین اعتبار برای ساخت کارخانه‌های الکترولیز و دیگر زیرساخت‌های هیدروژن، از هیدروژن سبز استقبال می‌کند. آلمان بیشترین سهم از بودجه مشوق انرژی پاک خود را به هیدروژن سبز اختصاص داده است. کمیسیون اروپا در مورد استراتژی هیدروژن خود اظهار داشت: «این بخش گمشده‌ای از پازل اقتصاد کاملا بدون کربن است.»

پتانسیل هیدروژن به‌عنوان منبع سوخت، چندین دهه تبلیغ می‌شود؛ اما این فناوری هرگز در مقیاس بزرگ اجرا نشده است و به‌گفته‌ی بدبینان، دلیل موجهی دارد. آن‌ها استدلال می‌کنند پذیرش گسترده‌ی فناوری‌های هیدروژن سبز با موانع جدی رو‌به‌رو است که مهم‌ترین آن‌ها این است که سوخت‌های هیدروژن به ‌منظور سبز بودن به انرژی تجدیدپذیر نیاز دارند. این امر نیازمند توسعه‌ی وسیع تولید انرژی تجدیدپذیر برای تأمین انرژی کارخانه‌های الکترولیزی است که آب را به هیدروژن و اکسیژن می‌شکنند. در حال‌ حاضر متداول‌ترین راه برای تولید هیدروژن، ریفرمینگ گاز طبیعی است که همان‌طور که از نامش پیدا است، به سوخت فسیلی به شکل گاز طبیعی نیاز دارد که طی واکنش با بخار آب، هیدروژن، کربن‌ مونوکسید و کربن‌ دی‌اکسید تولید می‌کند. از‌آن‌جایی که در این روش سنتی تولید هیدروژن از متان، کربن‌ دی‌اکسید آزاد می‌شود، این روش با محیط ‌زیست سازگار نیست و هیدروژنی که به این شیوه تولید می‌شود به «هیدروژن خاکستری» معروف است. علاوه‌بر‌این، صرف‌نظر از روش تولید، ذخیره و حمل هیدروژن بدون خط لوله دشوار است. در حال ‌حاضر در برخی مناطق مانند آمریکا، هیدروژن از سوخت‌های دیگری مانند گاز طبیعی بسیار گران‌تر است.

در اکتبر سال ۲۰۲۰ اولین اتوبوس هیدروژنی دوطبقه در ابردین اسکاتلند راه‌اندازی شد

مایکل لیبریچ، تحلیل‌گر شرکت BNEF در بریتانیا و از بدبینان به هیدروژن سبز، می‌گوید: «اگرچه هیدروژن سبز مزایای قابل ‌توجهی دارد، معایب آن چشمگیر است. این سوخت در طبیعت وجود ندارد و جداسازی آن به انرژی نیاز دارد. ذخیره‌سازی آن به فشرده‌سازی تا حد ۷۰۰ برابر فشار اتمسفر، سردسازی تا ۲۵۳- درجه‌ی سانتی‌گراد و ... نیاز دارد. هیدروژن سبز یک‌چهارم انرژی به ازای واحد حجم گاز طبیعی را حمل می‌کند، فلز را شکننده می‌کند، ازطریق کوچک‌ترین درزها فرار می‌کند و واقعا قایل احتراق است.»

برخی از پروژه‌های هیدروژن سبز از راه سختی به مشکلات این سوخت پی می‌برند. اخیرا کنسرسیوم انرژی در استرالیا تأیید نظارتی زیست‌محیطی را برای طرحی برای لوله‌کشی هیدروژن از مکانی نزدیک پیلبارا در غرب استرالیا به سنگاپور دریافت کرد. این طرح شامل ۱۶۰۰ توربین بادی بزرگ و ۳۰ مایل مربع پنل‌های خورشیدی برای به کار انداختن یک کارخانه الکترولیز ۲۳ گیگاواتی تولید هیدروژن سبز بود. اما به گزارش ABC News، این مرکز که قطب انرژی‌های تجدیدپذیر آسیا نام گرفته بود، پس از درک دشواری‌های مایع‌سازی هیدروژن و حمل‌و‌نقل آن در چنین مسافت‌های طولانی، رویه‌ی خود را تغییر داد. این مرکز اکنون قصد دارد آمونیاک را که گاز پایدارتری است، صادر کند.

اما از نظر طرفداران، چشم‌انداز هیدروژن سبز به ‌قدری وسوسه‌انگیز است که نمی‌توان آن را نادیده گرفت. اگر با انرژی تجدیدپذیر تولید شود، عاری از کربن ‌دی‌اکسید است. علاوه‌بر‌این، استفاده از انرژی تجدیدپذیر برای ایجاد سوخت می‌تواند به حل مشکل تناوبی بودن انرژی‌های بادی و خورشیدی کمک کند. وقتی تقاضا برای انرژی تجدیدپذیر کم باشد، می‌توان از برق اضافه برای تأمین انرژی الکترولیز مورد نیاز برای جدا کردن مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن استفاده کرد. سپس می‌توان هیدروژن حاصل را ذخیره کرد یا با خط لوله به مناطق دیگر فرستاد.

در سراسر اروپا، خاورمیانه و آسیا کشورها و شرکت‌های بیشتری در حال روی آوردن به این سوخت هستند. آمریکا از این نظر عقب است؛ زیرا دیگر در این کشور اشکال انرژی مانند گاز طبیعی  بسیار ارزان‌تر هستند؛ اما چندین پروژه از جمله نیروگاه هیدروژن سبز در یوتا درحال اجرا است که جایگزین دو نیروگاه خواهد شد که زغال‌سنگ می‌سوزانند و برق کالیفرنیای جنوبی و نوادا و خود یوتا را تأمین خواهد کرد.

درحالی‌که طرفداران در مورد آینده‌ی هیدروژن سبز خوش‌بین هستند، افراد بدبین به مشکل حمل بی‌خطر سوخت اشاره می‌کنند

در ژاپن، نیروگاه جدید هیدروژن سبز که از بزرگ‌ترین نیروگاه‌ها در جهان است، به‌طور عمد در نزدیکی فوکوشیما، محل فاجعه‌ی هسته‌ای سال ۲۰۱۱ بنا شد. از این نیروگاه برای تأمین انرژی سلول‌های سوختی در وسایل نقلیه مکان‌های ثابت استفاده خواهد شد.

اروپا با افزایش مشوق‌های کربن‌زدایی، در حال سرمایه‌گذاری روی هیدروژن سبز است. اتحادیه اروپا اخیرا پیش‌نویس استراتژی گسترش هیدروژن سبز در مقیاس بزرگ را تهیه کرده است؛ اگرچه هنوز به‌طور رسمی تصویب نشده است. اتحادیه‌ی اروپا در برنامه‌ی انرژی پاک خود، بودجه‌ای برای فناوری‌های الکترولیزگر هیدروژن سبز و حمل‌ و ذخیره‌سازی آن در نظر گرفته است. به گفته‌ی کمیسیون اروپا: «استفاده‌ی گسترده و سریع از هیدروژن پاک کلید دستیابی به اهداف اقلیمی بلندپروازنه‌ی اتحادیه اروپا است.»

خاورمیانه که ارزان‌ترین انرژی‌های بادی و خورشیدی جهان را دارد، می‌خواهد نقش عمده‌ای در هیدروژن سبز داشته باشد. توماس کوخ بلانک از مؤسسه راکی مانتین آمریکا، می‌گوید: «عربستان سعودی به انرژی تجدیدپذیر بسیار ارزان دسترسی دارد. خورشید هر روز به‌طور کاملا قابل اعتمادی می‌تابد و باد هر شب با اطمینان کامل می‌وزد.»

شرکت BNEF تخمین می‌زند که برای تولید هیدروژن سبز کافی که یک‌چهارم از نیاز انرژی جهان را تأمین کند، به مقدار برقی بیش از آنچه هم‌اکنون در جهان از تمامی منابع تولید می‌شود، نیاز است و برای تولید و ذخیره‌سازی آن ۱۱ تریلیون دلار باید سرمایه‌گذاری کرد. به همین دلیل است که تمرکز فعلی روی بخشی از اقتصاد است که انرژی مورد نیاز آن به‌آسانی ازطریق انرژی‌های بادی و خورشیدی تأمین نمی‌شود؛ مانند تولیدات سنگین، باربری در مسافت‌های طولانی و سوخت کشتی‌های باری و هواپیماها.

چگالی انرژی هیدروژن سبز سه برابر چگالی انرژی سوخت جت است و آن را به فناوری امیدوارکننده‌ی دارای انتشارات صفر برای هواپیماها تبدیل می‌کند. اما ایرباس، شرکت هواپیماسازی اروپایی، اخیرا بیانیه‌ای منتشر کرد که در آن آمده بود، باید بر مشکلات اساسی مانند ذخیره‌سازی ایمن هیدروژن در هواپیما، فقدان زیرساخت‌های هیدروژن در فرودگاه‌ها و هزینه‌ی آن غلبه کرد.

کشورهایی مانند ژاپن، استرالیا و آمریکا و آلمان، سرمایه‌گذاری روی هیدروژن سبز را افزایش داده‌اند

هیدروژن سبز به‌عنوان جایگزینی برای برخی از وسایل نقلیه‌ی جاده‌ای نیز شناخته شده است. در بریتانیا، قطارها، کامیون‌ها و اتوبوس‌های دوطبقه هیدروژنی در حال رونق گرفتن است. کالیفرنیا در سال ۲۰۰۹ برای ترویج وسایل نقلیه‌ی برقی و هیدروژنی، استاندارد سوخت کم‌کربن را تصویب کرد. در ماه اکتبر، گروهی از مقامات صنایع انرژی و وسایل نقلیه‌ی سنگین اتحادیه‌ی هیدروژن ایالت‌های غربی را تشکیل دادند تا از توسعه‌ی سریع فناوری پیل سوختی هیدروژن و زیرساخت‌ها برای جایگزینی کامیون‌ها، اتوبوس‌ها، لوکوموتیوها و هواپیماها دیزلی حمایت کنند.

حتی برنامه‌هایی برای سیستم‌های هیدروژنی در مقیاس کوچک‌تر وجود دارد که بتواند انرژی منازل شخصی را تأمین کند. در استرالیا، دانشگاه نیو ساوث ولز با مشارکت شرکت مهندسی جهانی GHD، سیستمی خانگی به ‌نام LAVO ایجاد کرده است که از انرژی خورشیدی برای تولید و ذخیره‌سازی هیدروژن سبز استفاده می‌کند که هنگام نیاز، به برق تبدیل می‌شود. بلانک از مؤسسه راکی مانتین، می‌گوید: «پیشرفت‌ها در زمینه‌ی هیدروژن سبز در کشورهای مختلف از ژاپن تا آمریکا و اتحادیه اروپا واقعا خبر خوبی است. هیدروژن سبز دارای پتانسیل زیادی برای کمک به حل مشکل تغییرات اقلیمی است.»