آیا هایدروجن خوبترین عنصر انرژی زا برای آینده است؟

هایدروجن (H2) وافر ترین عنصر کیمیایی در جهان است، که شاید به همین دلیل نیز در جدول تناوب عناصر کیمیایی در جای اول قرار دارد. هایدروجن تنها از یک پروتون و یک الکترون تشکیل شده است. اما این گاز بی بو و بی رنگ محتوای بسیار ارزشمندی دارد. هر کیلوگرام آن تقریباً ۲،۴ برابر گاز طبیعی انرژی دارد.

از چند دهه به این طرف از این عنصر در صنایع مختلفی استفاده می شود، مانند عرصه صنعت پتروشیمی، خاصتاً پالایش نفت، و افزون بر آن در تولید امونیاک برای کودها و تولید متانول و فولاد. اما تغییرات اقلیمی ناشی از آلودگی هوا، هایدروجن را به یک روزنه امید برای آینده مبدل ساخته است. کمیسیون اروپا این عنصر را «یک بخش تکمیل کننده پازل در عرصه یک اقتصاد فاقد کاربن» عنوان کرده است.

هایدروجن واقعاً هم یک ماده پاک سوخت و همه جانبه است که به صورت مستقیم هیچگونه گاز گلخانه یی تولید نمی کند و برای بدست آوردن انرژی از آن تنها به آکسیجن نیاز بوده و آب یگانه منبع خوب برای استحصال آن است.

برخی از سکتور ها، به منظور کاهش انتشار کاربن دای اکساید خود، می توانند از انرژی هایدروجن استفاده کنند، مثلاً در حمل و نقل کالاهای سنگین و یا هم در بخش ساختمان، جایی که هایدروجن را می توان در شبکه های موجود گاز طبیعی برای گرمایش ساختمان مدغم ساخت. علاوه بر آن از هایدروجن می توان برای ذخیره انرژی های تجدید پذیر در سکتور برق و همچنان به عنوان جایگزین سوخت های فوسیلی در تولید مواد کیمیایی و مواد سوخت استفاده کرد.

یک رؤیای سبز به نظر می رسد

متأسفانه، در سیاره ما هیچ ذخایر هایدروجن خالص وجود ندارد. برای به دست آوردن هایدروجن خالص، که در طبیعت تنها به گونه ترکیبی وجود دارد، باید یک ماده اولیه غنی از هایدروجن، تجزیه گردد. این کار نه تنها زمانگیر است، بلکه به انرژی و هزینه زیاد نیز نیاز دارد.

بزرگترین مشکل، از نظر زیست محیطی، شیوه تولید هایدروجن است. برای استحصال هایدروجن از شیوه های مختلف و پیچیده ای کار گرفته می شود، از شیوه های تمیز گرفته تا روش های که خود سبب تولید آلودگی می گردند. به منظور سهولت، این روش ها را با رنگ های مختلف دسته بندی می کنند.

بستگی به روش تولید دارد

شیوه ای که امروزه بیشتر مروج است (تقریباً ۹۵ درصد)، هایدروجن خاکستری نامیده می شود. رنگ خاکستری کمی یادآور گازهای گلخانه یی است که در مورد این نوع هایدروجن نیز صدق می کند. استحصال هر تُن «هایدروجن خاکستری» باعث انتشار حدود ۱۰ تُن کاربن دای اکساید می گردد، زیرا در روند تولید آن از گاز یا سوخت های فوسیلی استفاده می شود.

«هایدروجن آبی» هرچند بسیار تمیزتر به نظر می رسد، اما در اصل چنین نیست. این نوع هایدروجن در واقع همان هایدروجن خاکستری است که کاربن دای اکساید منتشر شده در زمان تولید آن در زیر زمین ذخیره می گردد.

انواع دیگر هایدروجن با رنگ های گلابی، نصواری، سیاه، زرد، فیروزه یی و سبز مشخص می گردند. نکته اصلی اینست که به منظور کاهش پایدار انتشار گاز کاربن دای اکساید، «هایدروجن سبز» یگانه گزینه معقول است، زیرا این نوع هایدروجن با عملیه الکترولیز، یعنی تجزیه آب به هایدروجن و آکسیجن، با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر، تولید می شود. بدین معنا که برای بدست آوردن هایدروجن سبز هیچ سوخت فوسیلی استفاده نمی شود و هیچ انتشار کاربن دای اکساید صورت نمی گیرد. با آنهم این نوع در حال حاضر، کمتر از یک درصد تولید جهانی هایدروجن را تشکیل می دهد.

پس منتظر چه هستیم؟

منتظر کاهش قیمت و گسترش انرژی های تجدیدپذیر. در حال حاضر هزینه تولید هایدروجن سبز بیشتر از دوبرابر هزینه تولید هایدروجن خاکستری نسبتاً کثیف است. اما این وضعیت تغییر خواهد کرد.

به هر اندازه که انرژی تجدیدپذیر بیشتری داشته باشیم، چنانچه تا سال ۲۰۴۰ میزان آن به ۴۵ درصد افزایش خواهد یافت، به همان پیمانه هایدروجن سبز قابل پرداخت خواهد شد. به قول آژانس بین المللی انرژی (IEA)، در نتیجه توسعه زیرساخت ها برای انرژی پاک، هزینه تولید هایدروجن سبز تا سال ۲۰۳۰ میلادی ۳۰ درصد کاهش خواهد یافت.

اما متأسفانه کاهش قیمت، پایان کار نیست. مشکل بزرگ دیگر، ذخیره سازی هایدروجن است که به مراتب دشوارتر از ذخیره سازی سوخت های فوسیلی است، زیرا هایدروجن غلظت بسیار کم داشته و سبک ترین گاز در جهان است. افزون بر آن هایدروجن به شدت انفجاری است و از همین خاطر باید در محفظه های خاص تحت فشار بلند فشرده شود. یا اینکه به صورت مایع در برودت منفی ۲۵۳ درجه سانتیگرید نگهداری شود. به این ترتیب هایدروجن چیزی نیست که در فروشگاه ها فروخته شود و در خانه به عنوان بدیل گاز طبیعی، نگهداری گردد.

مشکل دیگر اینست که برای تولید هایدروجن سبز در مقیاس بزرگتر، مقدار زیادی برق به مصرف می رسد. در حال حاضر سالانه حدود ۷۰ میلیون تُن هایدروجن خاکستری در سراسر جهان تولید می شود، که سبب انتشار تقریباً ۸۳۰ میلیون تُن گاز کاربن دای اکساید می گردد.

حالا اگر به جای آن ۷۰ میلیون تُن هایدروجن سبز تولید شود، به حدود ۳۶۰۰ تیرا وات (۳۶۰۰ میلیارد کیلووات) برق نیاز است، که بیشتر از تولید خالص سالانه برق کل اتحادیه اروپاست.

این برای ما به چه معناست؟

هایدروجن سبز مشکل انرژی ما را حل نمی کند، اما می تواند در کاربن زدایی سکتور های که برقی سازی آنها تا سال ۲۰۵۰ دشوار خواهد بود، نقش مهمی داشته باشد، مثل سکتور حمل و نقل مواد سنگین و عرصه صنعت.

اما رو آوردن به هایدروجن قیمت خود را دارد. به گفته مؤسسه تحقیقاتی بین المللی «کمیسیون انتقال انرژی» (ETC)، ما باید تا سال ۲۰۵۰ میلادی ۱۵ بیلیون دالر هزینه کنیم تا یک اقتصاد پایدار جهانی هایدروجن را ایجاد کنیم که با آن ۱۵ تا ۲۰ درصد مصرف انرژی مورد نیاز ما پوشش داده شود. آنگاه، به قول این مؤسسه، برای پنج تا هفت برابر تولید بیشتر هایدروجن سبز، سالانه به ۳۰ هزار تیرا وات برق اضافی از منابع تجدیدپذیر نیاز خواهد بود.

اینرا هم باید درنظر داشت که هایدروجن سبز را در جایی می توان بهتر تولید کرد که بهترین شرایط برای تولید انرژی های تجدیدپذیر موجود باشد. بدون مشارکت استراتیژیک و با ثبات با کشورهای آفتابی، هایدروجن سبز یک رؤیای سبز باقی خواهد ماند.

نیل کینگ / ص.ا، ع.ف