چشم‌انداز جایگاه هیدروژن در سبد انرژی مصرفی جهان

از نظر فیزیکی و شمیایی هیدروژن ساده‌ترین، سبک‌ترین، و فراوان‌ترین عنصر در عالم است؛ اما در زمین به‌ندرت به‌صورت خالص یافت می‌شود و بیشتر در اشکالی مانند آب و ترکیبات آلی وجود دارد. از نظر انرژی هیدروژن به خودی خود یک منبع انرژی نیست زیرا انرژی موردنیاز برای تولید آن بیشتر از انرژی حاصل از سوختن آن است. در گزارش حاضر به بررسی چشم‌انداز جایگاه هیدروژن در سبد انرژی مصرفی جهان خواهیم پرداخت.

1- از زمان اولین اکتشافات نفتی در اواسط قرن ۱۹ تا امروزه در قرن ۲۱ سوخت‌های فسیلی بیش از 150 سال منبع اصلی تامین انرژی‌ بشر بوده‌اند اما به‌دلیل پایان‌پذیری و مسائل محیط‌زیستی و اقلیمی بسیاری از نهادها نظیر «آژانس بین‌المللی انرژی‌» بر این باور هستند قرن ۲۱ قرن پایان سوخت‌های فسیلی برای رسیدن به خالص انتشار صفر کربن است و انرژی‌های تجدیدپذیری مانند خورشیدی، بادی، و آبی جایگزین آن می‌شوند. اما این گذار مشکلاتی همچون عدم قطعیت تجدیدپذیرها یا جایگزینی حامل‌های فسیلی مانند بنزین و گازوئیل و سوخت‌های هوایی را به‌همراه دارد. در چنین شرایطی هیدروژن می‌تواند پاسخی برای این مشکلات به‌عنوان یک حامل پاک باشد. 2- اصلی‌ترین کاربرد هیدروژن ذخیره انرژی ‌و مقابله با عدم قطعیت تجدیدپذیرها است. ایران توانایی و ظرفیت بالایی برای تولید هیدروژن‌های خاکستری، آبی، فیروزه‌ای، و سبز دارد. انواع هیدروژن را براساس رنگ نامگذاری می‌کنند و منطق این رنگ‌ها به نوع تولید و میزان انتشار کربن آن‌ها ربط دارد که عبارتند از: • خاکستری: هیدروژن تولید شده از گاز طبیعی توسط واکنش ریفورمینگ (رایج‌ترین نوع هیدروژن) • قهوه‌ای: تولید شده از ذغال‌سنگ توسط واکنش گازی‌سازی • آبی: تولید شده از سوخت‌های فسیلی که در آن دی اکسید کربن جذب و ذخیره یا تغییر کاربری داده می‌شود. • فیروزه‌ای: تولید شده از گاز طبیعی توسط فرایند پیرولیز که کربن نهایی جامد دارد • سبز: تولید شده توسط الکترولیز آب با منابع تجدیدپذیر • صورتی/بنفش: تولید شده از واکنش‌های هسته‌ای یا الکترولیز با برق هسته‌ای • زرد: تولید شده توسط الکترولیز با برق شبکه (فسیلی یا تجدیدپذیر) • سفید : تولید شده به‌عنوان محصول فرعی فرآیندهای صنعتی 3- در حال حاضر ۹۸ درصداز هیدروژن جهان از منابع فسیلی تامین می‌شود. تقاضای کلی هیدوژن جهان برابر ۷۰ میلیون تن است که ۹۰ درصد آن در بخش‌های پالایشی سوخت‌های فسیلی و صنایع شیمیایی استفاده می‌شود. در برنامه‌ریزی‌های آینده براساس خالص انتشار صفر، هیدروژن نقشی موثر در حمل‌ونقل و تولید برق و گرمایش خواهد داشت. عمده‌ترین تولیدکنندگان هیدوژن در ایران نیز پالایشگاه‌ها هستند و عمده تولید آن‌ها از نوع خاکستری بوده اما چشم‌انداز آینده هیدوژن بیشتر معطوف به انواع سبز، آبی، و فیروزه‌ای است که کشور ایران ظرفیت فراوانی در زمینه تولید هر سه نوع دارد. هیدروژن خاکستری، آبی، و فیروزه‌ای به گاز طبیعی به‌عنوان خوراک نیاز دارد. از همین جهت ایران به‌عنوان دومین کشور دارنده بزرگ‌ترین ذخایر اثبات شده گاز طبیعی جهان می‌تواند نقش موثری در تولید این سه نوع هیدروژن داشته باشد. 4- هیدروژن می‌تواند در صنایع عمده ایران نظیر فولاد نقش مهمی داشته باشد. به‌عنوان مثال می‌تواند در فرایند احیاء آهن در صنایع آهن و فولاد به‌جای کک و گاز طبیعی انتشار این صنایع را کاهش دهد. همانطور که در شکل (1) قابل مشاهده است ایران در زمینه تولید هیدروژن از تجدیدپذیرها از جمله ظرفیت خورشیدی از پتانسیل بالایی برخوردار بوده به‌نحوی که براساس گزارش «آژانس بین‌المللی انرژی» هزینه تولید هر کیلوگرم آن 1.6 دلار است. با این وجود یکی از مشکلات اساسی هیدروژن ایمنی آن است. زیرا هیدروژن بسیار واکنش‌پذیر بوده، به‌علاوه در مخازن فلزی مشکلاتی نظیر خوردگی دارد به همین دلیل مخازن و لوله‌های گران قیمتی دارد. 5- در سال‌های اخیر عزم جهان برای تولید انرژی‌های تجدیدپذیر بیش از هر زمانی دیگر جزم شده است، به‌گونه‌ای که بیشتر کشورهای توسعه‌یافته و حتی در حال توسعه، تمایل زیادی به جانشینی این نوع از انرژی با نفت و گاز پیدا کرده‌اند. آنچه مزید بر علت شده و کشورهای مختلف را به توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر سوق داده، مسائل زیست‌محیطی و گرمایش بیش از حد زمین بوده که دولت‌ها را به کنار گذاشتن انرژی‌های فسیلی ترغیب کرده است. شکل (2) چشم‌انداز تقاضای جهانی هیدروژن را نشان می‌دهد. ایران می‌تواند نقش موثری در تامین تقاضا در شرق آسیا و اروپا داشته باشد. در حال حاضر ایران هیچ برنامه راهبردی برای چشم‌انداز هیدوژن خود تعریف نکرده است. 6- در سال‌های اخیر چرخش کشورهای عربی از نفت به هیدروژن سبز آنقدر مشهود بوده است که برخی اعتقاد دارند خلیج ‌فارس به‌عنوان قطب نفت دنیا، در آینده به صادرکننده انرژی پاک تبدیل می‌شود. در سال‌های اخیر چند کشور عربی از جمله مصر، عمان، امارات عربی متحده، عربستان سعودی، الجزایر و مراکش پروژه‌های جدید و جاه‌طلبانه‌ای را در حوزه تولید هیدروژن سبز آغاز کرده‌اند. این پروژه‌ها نشان‌دهنده اهمیت روزافزون منطقه خاورمیانه و شمال آفریقا در تولید و صادرات هیدروژن سبز جهانی در سال‌های آینده است.

محمدسینا صلصالی، حسن راعی، و عباس ملکی