ژانویه 7، 2022- کاترین کلیفورد
هیدروژن ساده ترین عنصر و فراوان ترین ماده در جهان است.
هنگامی که هیدروژن می سوزد، انرژی به شکل گرما تولید می کند و تنها محصول جانبی آن آب است. این بدان معناست که انرژی ایجاد شده از هیدروژن دی اکسید کربن گرم کننده جو تولید نمی کند و آن را به یکی از بسیاری از منابع انرژی بالقوه تبدیل می کند که می تواند به کاهش انتشار کربن و کاهش گرمایش جهانی کمک کند.
اما ایجاد هیدروژن و تبدیل آن به یک قالب مفید نیاز به انرژی دارد – و این انرژی لزوما تجدید پذیر نیست. این فرآیند همچنین در مقایسه با سایر اشکال انرژی، چه تجدیدپذیر یا غیر قابل تجدید، ناکارآمد و پرهزینه است. بسیاری از منتقدان می‌گویند صنعت هیدروژن راهی برای غول‌های نفت و گاز است تا پذیرش منابع انرژی تجدیدپذیر خالص مانند خورشید و باد را متوقف کنند و به آنها پوششی سبز بدهد و در عین حال تقاضا برای محصولات خود را حفظ کنند.
علیرغم این بحث، شرکت ها و دولت ایالات متحده به طور یکسان توسعه مداوم صنعت هیدروژن را پیش می برند.
جان کری، فرستاده ویژه ریاست جمهوری در امور آب و هوا، در نشست هیدروژن شات وزارت انرژی در آگوست گذشته، گفت: در سفرهایم به سرتاسر جهان نمی توانم کشوری را نام ببرم که در مورد هیدروژن ابراز هیجان نکرده باشد. از عربستان سعودی گرفته تا هند و آلمان و ژاپن، ما شراکت‌های هیدروژنی را در سرتاسر جهان راه‌اندازی می‌کنیم تا این فناوری حیاتی را پیش ببریم که هر کشوری می‌داند این فرصت را دارد که نقشی حیاتی در انتقال انرژی پاک داشته باشد.کری گفت که هیدروژن ممکن است به یک بازار جهانی چند تریلیون دلاری تبدیل شود، اگرچه او هشدار داد که چین می خواهد بر آن تسلط یابد.
هیدروژن سبز، هیدروژن آبی و غیره چیست؟
تولید هیدروژن انرژی می گیرد زیرا اتم های هیدروژن به خودی خود وجود ندارند – آنها تقریبا همیشه به اتم دیگری چسبیده اند، اغلب عنصر دیگری. در روی زمین، هیدروژن به طور خاص به شکل آب یا H2O فراوان است. ایجاد هیدروژن خالص نیاز به شکستن پیوندهای مولکولی دارد.در تجارت انرژی، مردم از هیدروژن با مجموعه ای از رنگ ها به عنوان خلاصه ای از نحوه ایجاد آن یاد می کنند.یکی از روش‌های ساخت هیدروژن فرآیندی به نام الکترولیز است، زمانی که الکتریسیته از یک ماده عبور می‌کند تا تغییر شیمیایی ایجاد کند – در این مورد، H2O به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می‌شود.
هیدروژن سبز زمانی است که انرژی مورد استفاده برای الکترولیز از منابع تجدیدپذیر مانند باد، آب یا خورشید تامین می شود.
هیدروژن آبی هیدروژنی است که از گاز طبیعی با فرآیند اصلاح متان بخار تولید می‌شود که در آن گاز طبیعی با بخار بسیار داغ و یک کاتالیزور مخلوط می‌شود. یک واکنش شیمیایی باعث ایجاد هیدروژن و مونوکسید کربن می شود. آب به آن مخلوط اضافه می شود و مونوکسید کربن را به دی اکسید کربن و هیدروژن بیشتری تبدیل می کند. اگر انتشار دی اکسید کربن سپس جذب و در زیر زمین ذخیره شود، این فرآیند از نظر کربن خنثی در نظر گرفته می شود و هیدروژن حاصل را «هیدروژن آبی» می نامند.
اما در مورد هیدروژن آبی اختلاف نظر وجود دارد زیرا تولید گاز طبیعی به طور اجتناب ناپذیری منجر به انتشار متان از نشت های به اصطلاح فرار می شود که نشت متان از فرآیند حفاری، استخراج و حمل و نقل است.
متان به اندازه دی اکسید کربن در جو دوام نمی آورد، اما به عنوان یک گاز گلخانه ای بسیار قوی تر است. به گفته آژانس بین‌المللی انرژی، در طی 100 سال، یک تن متان را می‌توان معادل 28 تا 36 تن دی اکسید کربن در نظر گرفت.
هیدروژن خاکستری از اصلاح گاز طبیعی مانند هیدروژن آبی ساخته شده است، اما بدون هیچ تلاشی برای جذب محصولات جانبی دی اکسید کربن.
هیدروژن صورتی هیدروژنی است که با الکترولیز با انرژی هسته ای ساخته می شود که هیچ گونه دی اکسید کربن تولید نمی کند. (اگرچه انرژی هسته ای زباله های رادیواکتیو ایجاد می کند که باید برای هزاران سال به طور ایمن ذخیره شوند.)
هیدروژن زرد هیدروژنی است که با الکترولیز از شبکه انرژی ساخته می شود. انتشار کربن بسته به منابع تغذیه کننده شبکه بسیار متفاوت است.
هیدروژن فیروزه ای هیدروژنی است که از تجزیه متان به هیدروژن و کربن جامد با گرما در راکتورها یا کوره های بلند تولید می شود. هیدروژن فیروزه ای هنوز در مراحل اولیه تجاری سازی است، و ارزش آگاهانه آب و هوایی آن به تامین انرژی تجزیه در اثر حرارت با انرژی پاک و ذخیره کربن فیزیکی بستگی دارد.
داریل ویلسون، مدیر اجرایی ائتلاف شورای هیدروژن، سازمانی از مدیران عامل صنعت، گفت: سیستم رنگ کمی ساده است و باید به روز شود و بیشتر مشخص شود.
ویلسون به CNBC گفت: «طرح رنگ به این معنا مفید نیست که به نقطه کلیدی یعنی ویژگی‌های زیست محیطی هیدروژن تولید شده نرسیده است». “مساله کلیدی این است که باید روشی برای ردیابی و اعلام شدت CO2 خاص هر هیدروژنی که با آن کار می کنید وجود داشته باشد.”
طرفداران می گویند هیدروژن همه کاره است، اما گران است.
هیدروژن در حال حاضر جزء کلیدی فرآیندهای صنعتی شیمیایی و در صنعت فولاد است. جیک استونز در شرکت تحقیقات بازار Independent Commodity Intelligence Services (ICIS) می گوید بنابراین تولید هیدروژن تمیز برای استفاده در آن فرآیندهای صنعتی برای کاهش انتشار کربن بسیار مهم است.
اما طبق گفته Sunita Satyapal، که بر فناوری سلول سوختی هیدروژنی برای وزارت انرژی نظارت دارد، به عنوان یک منبع انرژی، مزیت بزرگ هیدروژن تطبیق پذیری آن است.
او می گوید: اغلب به آن چاقوی انرژی سوئیس می گویند.به گفته استونز، هیدروژن پاک در کربن زدایی حمل و نقل سنگین صنعتی مانند کامیون، قایق های صنعتی بزرگ و هواپیماها مفید است.
برای خودروهای کوچک‌تر جالب نیست، زیرا خودروهایی که با باتری کار می‌کنند بسیار راحت‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما وسایل نقلیه بزرگتر به باتری های بزرگتری نیاز دارند که وزن آنها را افزایش می دهد و در نتیجه مصرف انرژی آنها را افزایش می دهد. هیدروژن می تواند راهی برای دور زدن این معما باشد.
هیدروژن همچنین می تواند به عنوان راهی برای ذخیره انرژی از منابع تجدیدپذیر متناوب، که متناوب هستند، استفاده شود – خورشید همیشه نمی تابد و باد همیشه نمی وزد. در عوض، شرکت‌های برق می‌توانند انرژی اضافی را به هیدروژن تبدیل کنند و سپس از آن برای انرژی ، به عنوان جایگزینی برای ذخیره باتری استفاده کنند .
استونز به سی‌ان‌بی‌سی گفت: «هیدروژن را می‌توان برای مدت زمانی که نیاز دارد در زیر زمین ذخیره کرد، تقریباً مانند گاز طبیعی و بر اساس فصلی».
اشکال اصلی هیدروژن هزینه آن است. ساتیاپال گفت که تولید هیدروژن از گاز طبیعی حدود 1.50 دلار در هر کیلوگرم هزینه دارد. هر کیلوگرم هیدروژن تمیز حدود 5 دلار هزینه دارد.
در ژوئن گذشته، وزارت انرژی برنامه ای به نام Hydrogen Shot را راه اندازی کرد که هدف آن کاهش هزینه هیدروژن پاک به 1 دلار در هر کیلوگرم در یک دهه است.
بیل گیتس میلیاردر، بنیانگذار Breakthrough Energy Ventures، در نشست هیدروژن شات وزارت انرژی گفت که کاهش قیمت هیدروژن پاک «گام بزرگی در جهت حل تغییرات آب و هوایی خواهد بود». او گفت: “هدف کاهش 80 درصدی ، یک هدف فوق العاده و جاه طلبانه است.”
سه راه اصلی وجود دارد که وزارت انرژی آن را برای کاهش هزینه هیدروژن تمیز از حدود 5 دلار در هر کیلوگرم به 1 دلار می بیند: بهبود کارایی، دوام و حجم ساخت الکترولیزها.
شکاکان می گویند که این ناکارآمد و غیرعملی است
رابرت دبلیو. هاوارث، استاد اکولوژی و زیست‌شناسی زیست‌محیطی در دانشگاه کرنل، می‌گوید: در حالی که هیدروژن سبز می‌تواند برای کربن زدایی صنایع سنگین، نیرو دادن به کشتی‌ها و هواپیماها و شاید ذخیره انرژی حیاتی باشد، اما استفاده گسترده‌تر به عنوان منبع انرژی کارآمد نیست.
هاوارث یکی از 22 عضو شورای اقدام برای آب و هوای نیویورک است، گروهی که مسئول تدوین یک طرح اجرایی برای قانون الزامی کردن طرح کربن زدایی نیویورک است. در تابستان 2020، ذینفعان صنعت گاز طبیعی استفاده از هیدروژن آبی را در زیرساخت های خط لوله گاز طبیعی موجود برای گرم کردن خانه ها پیشنهاد کردند.
اما مارک جاکوبسون، پروفسور هاوارث و استنفورد، در ماه آگوست مقاله ای تحقیقاتی منتشر کرد که نشان می داد این ایده بدی بود.هاوارث به CNBC گفت: نکته اصلی این است که هیدروژن آبی دارای گازهای گلخانه‌ای بسیار زیاد است و نمی‌توان از آن به جز در درصد پایین در سیستم گاز فعلی استفاده کرد. انتقال به پمپ های حرارتی الکتریکی برای گرمایش بسیار ارزان تر است.
منتقدان دیگر می گویند که مشکلات هیدروژن اساسی تر است.
به گفته پل مارتین، کارشناس توسعه فرآیندهای شیمیایی و عضو ائتلاف علمی هیدروژن، فرآیند تولید هیدروژن، فشرده سازی آن و سپس تبدیل دوباره آن هیدروژن فشرده به برق یا انرژی مکانیکی به شدت ناکارآمد است.
ارزش تحمل کردن مشکلات زیادی در مورد باتری را دارد زیرا به ازای هر ژول که وارد می کنید، 90٪ آن را پس می گیرید. مارتین به CNBC گفت این خیلی عالی است. در تولید و ذخیره هیدروژن، شما تنها 37 درصد از انرژی را پس می گیرید. بنابراین 63 درصد از انرژی که شما گفتید، از بین می رود. و این بهترین حالت است.مارتین که خود را یک محیط بان مادام العمر می خواند، گفت: اما ایده استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت ساختگی است.
افرادی که واقعاً پشت این فشار هیدروژنی هستند، از صنعت سوخت فسیلی هستند، زیرا بدون آن، آنها چه خواهند کرد؟ صنعت سوخت های فسیلی بدون سوخت های فسیلی اساساً تجارت مواد شیمیایی و مواد نفتی است که حدود 25 درصد از تجارت فعلی را تشکیل می دهد.
با این حال، مارتین فکر می‌کند که دنبال کردن هیدروژن سبز برای همه کاربردهای دیگر آن، مانند فرآیندهای صنعتی و فرآیند Haber-Bosch، که هیدروژن و نیتروژن را برای استفاده در کود به آمونیاک تبدیل می‌کند، مهم است. فرآیند هابر-بوش به دلیل افزایش تولید مواد غذایی و کمک به تغذیه جمعیت در حال انفجار زمین در 100 سال گذشته اعتبار دارد.
مارتین گفت: من نمی خواهم مردم فکر کنند که من ضد هیدروژن هستم. من فکر می کنم تولید هیدروژن سبز بسیار مهم است.اما استفاده از آن برای چیزهای درست و نه چیزهای احمقانه نیز بسیار مهم است.
