یک دیدگاه : هیدروژن برای حمل و نقل زمینی و گرمایش ایده بدی است

24 نوامبر 2021توسط آنتونی پت، ETH زوریخ  -اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0

آنتونی پت می‌گوید، جاه‌طلبی برای تبدیل هیدروژن به حامل انرژی کلیدی برای آینده‌ای دوستدار آب‌وهوا اشتباه است. در صورت امکان، در حمل و نقل زمینی و گرمایش، ما باید سوخت های فسیلی را با استفاده مستقیم از برق تجدیدپذیر جایگزین کنیم.

برای نجات آب و هوا، جهان باید تا اواسط قرن استفاده از سوخت های فسیلی را متوقف کند. ما در نهایت در مسیر درست حرکت می کنیم. تقریباً تمام سرمایه‌گذاری‌های جدید در بخش انرژی صرف منابع انرژی تجدیدپذیر می‌شود. وسایل نقلیه الکتریکی با باتری (BEVs) در حال محبوب شدن هستند. اکثر ساختمان های جدید با سیستم های گرمایش غیر فسیلی ساخته می شوند. سرعت تغییرات باید تسریع شود و سیاست‌های آب و هوایی قوی‌تر مورد نیاز است. با این حال، یکی از جدی‌ترین تهدیدها برای همه اینها، مخفی شدن  هیدروژن.به عنوان دوست انرژی پاک است

حامل نادرست امید

هیدروژن مانند برق یک حامل انرژی است نه منبع انرژی. ما می توانیم آن را به سه روش تولید کنیم. هیدروژن خاکستری، که در حال حاضر تقریباً تمام هیدروژن مورد استفاده را تشکیل می‌دهد، ، در فرآیندی که از متان به دست می‌آید  CO2 قابل‌توجهی و انتشار متان فراری تولید می‌کند. هیدروژن آبی مانند خاکستری است، اما با جذب و ذخیره کربن برای کاهش انتشار CO2. متأسفانه، انتشار متان فراری و ناکارآمدی فرآیند باعث می‌شود حتی هیدروژن آبی نیز نسبت به نفت و گاز طبیعی که جایگزین آن شود، انتشار گازهای گلخانه‌ای بالاتری داشته باشد.

هیدروژن سبز از آب با استفاده از برق تجدید پذیر برای الکترولیز ساخته می شود. هیچ انتشار مستقیمی ایجاد نمی کند و تنها گزینه سازگار با آب و هوا است. مشکل هیدروژن سبز این است که در بیشتر موارد استفاده مستقیم از انرژی های تجدیدپذیر کارآمدتر، کم هزینه تر و نیازمند منابع طبیعی کمتر و زیرساخت های جدید است بدست می آید . از دیدگاه سیستمی، این مسائل بسیار مهم هستند.

رقابتی و معقول

حمل و نقل زمینی را در نظر بگیرید. BEVهای فعلی با خودروهای بنزینی و دیزلی رقابتی هستند و سهم بازار به سرعت در حال رشدی دارند. آنها برد کافی برای برآورده کردن 99٪ از تمام سفرها را ارائه می دهند، و برای 1٪ دیگر، شارژرهای پرسرعت برد بیش از 400 کیلومتر را در کمتر از 30 دقیقه ارائه می دهند که به هر حال معادل استراحتی است که مردم به آن نیاز دارند. کار اخیر نشان می‌دهد که کامیون‌های برقی باتری‌دار، که تاکنون از خودروها عقب مانده‌اند، از نظر اقتصادی و برد، حتی برای مسافت‌های طولانی، به همان اندازه خوب عمل می‌کنند. نگرانی هایی در مورد اثرات زیست محیطی تولید باتری وجود دارد. اینها می توانند و از طریق راه حل های اقتصاد دایره ای مورد توجه قرار می گیرند.

زیرساخت اصلی برای شارژ BEVها -شبکه برق – از قبل وجود دارد. با افزایش تعداد BEV ها در جاده ها، ما باید هم منبع برق تجدیدپذیر و هم شبکه توزیع را افزایش دهیم. اما مهمتر از همه، انتشار BEV ها و ارتقاء زیرساخت های مورد نیاز می تواند به طور همزمان اتفاق بیفتد.

داستان مشابه پمپ های حرارتی است که کارآمدترین روش استفاده از انرژی تجدیدپذیر برای گرم کردن ساختمان ها و بسیاری از فرآیندهای صنعتی هستند. آنها اکنون با سیستم‌های گرمایش فسیلی رقابتی هستند و بهبود زیرساخت‌ها می‌تواند همزمان با افزایش سهم بازار آنها اتفاق بیفتد.

ناکارآمد، پرهزینه و کند است

پس هیدروژن چطور؟ مزیت اصلی خودروهای الکتریکی سلول سوختی هیدروژنی (FCEVs) این است که سریعتر از BEVها سوخت گیری می کنند. این دیگر اهمیت زیادی ندارد، زیرا برد BEV و سرعت شارژ افزایش یافته است. اولین نقطه ضعف آنها این است که راندمان کلی FCEV ها – برق، هیدروژن سبز، بازگشت به برق، چرخ – نیم تا یک سوم راندمان BEV ها است. مصرف انرژی بیشتر آنها را در مقایسه با BEVها و بنزین یا گازوئیل به طور قابل توجهی گرانتر می کند. و ما به یک زیرساخت جدید گسترده برای توزیع هیدروژن و سوخت‌رسانی نیاز داریم، که بر خلاف زیرساخت‌های BEVs باید قبل از اینکه FCEV برای هر بازار انبوهی مناسب باشد، وجود داشته باشد.

در مورد گرمایش، دیگ های به اصطلاح «آماده هیدروژن» به بازار می آیند که می توانند مخلوطی از گاز طبیعی و هیدروژن را بسوزانند. دیگ های هیدروژن خالص، چیزی که در نهایت به آن نیاز داریم، هنوز وجود ندارند. بویلرها مزایای کوتاه مدتی ، از نظر نیاز کمتر به بازسازی برخی از ساختمان های قدیمی  نسبت به پمپ های حرارتی ارائه می دهند. اما پس از آن همان معایبی مانند FCEV وجود دارد.

کارایی؛ در مقایسه با استفاده از پمپ حرارتی برای گرم کردن یک ساختمان، حدود شش برابر بیشتر برق تجدیدپذیر برای تولید هیدروژن سبز مورد نیاز است.

هزینه ها: به دلیل مصرف انرژی بیشتر، اینها بیشتر هستند.

زیرساخت: یک سیستم تحویل موازی دوم هیدروژن قبل از ورود دیگ های هیدروژن خالص – که واقعاً تا سال 2050 به آن نیاز داریم – مورد نیاز است.

افزایش سریع عرضه برق تجدیدپذیر احتمالاً گلوگاه اصلی در انتقال از سوخت‌های فسیلی به همان اندازه مهم   خواهد بود. به عنوان مثال، در سوئیس، ما در حال حاضر ظرفیت فتوولتائیک خورشیدی PV را سریع‌تر از همیشه نصب می‌کنیم، و با این حال باید به سرعت نرخ نصب را با یک فاکتور اضافی افزایش دهیم. https://techxplore.com