مقدمه
وابستگی شدید نظام انرژی جهانی به سوختهای فسیلی، سهمی چشمگیر در افزایش انتشار دیاکسید کربن و تشدید پدیده گرمایش زمین داشته است. دستیابی به اهداف بلندپروازانه توافقنامه پاریس، مستلزم کاهیشدن ریشهای انتشار کربن در همه بخشهاست. اگرچه انرژیهای تجدیدپذیر نقشی محوری در این مسیر ایفا میکنند، اما ماهیت متناوب تولید آنها، نیازمند راهکارهای مکملی برای ذخیرهسازی و انعطافپذیری شبکه است. هیدروژن سبز بهعنوان یک حامل انرژی پاک و قابـل ذخیرهسازی، میتواند این خلأ را پر کند و نقشی کلیدی در گذار انرژی ایفا نماید.
تعریف و ماهیت هیدروژن سبز
هیدروژن سبز به هیدروژنی اطلاق میشود که از طریق فرآیند الکترولیز آب و با بهرهگیری از برق تولیدشده از منابع تجدیدپذیر (مانند انرژی خورشیدی و بادی) تولید شود. در این فرآیند، با اعمال جریان برق، مولکولهای آب به عناصر سازنده خود، یعنی هیدروژن و اکسیژن، تجزیه میشوند. در صورتی که برق مصرفی از منابع پاک تأمین شده باشد، این فرآیند هیچ گونه انتشار مستقیم گازهای گلخانهای به همراه نخواهد داشت. از دیدگاه علمی، هیدروژن یک منبع اولیه انرژی نیست، بلکه حاملی انرژیبر است که امکان ذخیرهسازی، انتقال و مصرف انرژی در زمان و مکان مورد نیاز را فراهم میکند.
فناوریهای تولید هیدروژن سبز
الکترولیز آب، فناوری اصلی و پایه در تولید هیدروژن سبز محسوب میشود. مهمترین انواع الکترولایزرها عبارتند از:
الکترولایزر قلیایی: فناوری بالغ و رایج با هزینه سرمایهای نسبتاً پایین و عمر عملیاتی طولانی.
الکترولایزر غشای تبادل پروتون: با راندمان بالا و توانایی پاسخگویی سریع به نوسانات منابع تجدیدپذیر، مناسب برای کاربردهای متناوب.
الکترولایزر اکسید جامد: با کارایی نظری بسیار بالا که با استفاده همزمان از برق و حرارت (دمای بالا) عمل میکند و برای یکپارچهسازی با منابع حرارتی صنعتی یا هستهای گزینهای ایدهآل است. انتخاب هر یک از این فناوریها به عواملی مانند هزینه، بازده، پایداری و شرایط عملیاتی پروژه بستگی دارد.
مزایای زیستمحیطی و انرژی
عمدهترین مزیت هیدروژن سبز، کاهش چشمگیر انتشار گازهای گلخانهای در چرخه کامل انرژی است. در نقطه مصرف، چه در پیل سوختی برای تولید برق و چه در فرآیند احتراق، تنها محصول جانبی آن آب خالص است. افزون بر این، هیدروژن سبز امکان ذخیرهسازی بلندمدت و فصلی انرژی تجدیدپذیر مازاد را فراهم کرده و میتواند به افزایش قابلیت اطمینان شبکه برق و امنیت انرژی کمک شایانی کند.
کاربردهای صنعتی و حملونقل
هیدروژن سبز کاربردهای گسترده و راهبردی در بخشهای مختلف دارد:
صنعت: در صنعت فولاد، میتواند جایگزین کک و زغالسنگ در فرآیند احیای مستقیم سنگآهن شود. در صنایع شیمیایی نیز به عنوان ماده اولیه برای تولید آمونیاک سبز و متانول سبز کاربرد دارد.
حملونقل: بهویژه در بخشهایی که برقیسازی مستقیم با باتری دشوار است، مانند وسایل نقلیه سنگین(کامیونها، اتوبوسها) کشتیرانی و هواپیماهای مسافتپیمای بزرگ، پیلهای سوختی هیدروژنی یک راهحل امیدوارکننده هستند.
چالشهای فنی و اقتصادی
با وجود پتانسیل بالا، توسعه هیدروژن سبز با موانعی روبهروست:
هزینه تولید بالا که عمدتاً وابسته به قیمت برق تجدیدپذیر است.
نیاز به سرمایهگذاری گسترده در زیرساختهای تخصصی ذخیرهسازی، انتقال و توزیع.
مسائل ایمنی مرتبط با اشتعالپذیری بالا و نفوذپذیری هیدروژن.
راندمان انرژی پایینتر در چرخه کامل تبدیل برق به هیدروژن و بازگشت به انرژی مفید، در مقایسه با برقیسازی مستقیم.
فائق آمدن بر این چالشها مستلزم پیشرفتهای فناورانه، ایجاد مقیاس اقتصادی و تدوین چارچوبهای سیاستی حمایتی است.
جایگاه هیدروژن سبز در سیاستگذاری انرژی
در سالهای اخیر، هیدروژن سبز به کانون توجه استراتژیهای انرژی بسیاری از کشورها تبدیل شده است. اتحادیه اروپا، ژاپن، کره جنوبی، استرالیا و چین از پیشگامان تدوین نقشه راه و تخصیص سرمایهگذاریهای کلان در این حوزه هستند. این اقدامات سیاستی نقش تعیینکنندهای در شتاببخشی به توسعه بازار، کاهش هزینهها از طریق صرفهجویی ناشی از مقیاس و جذب سرمایهگذاری خصوصی دارند.
نتیجهگیری
هیدروژن سبز بهعنوان یک حامل انرژی پاک و همهکاره، پتانسیل فوقالعادهای برای ایفای نقش محوری در ایجاد یک نظام انرژی پایدار، امن و کمکربن دارد. اگرچه چالشهای فنی-اقتصادی قابلتوجهی پیشرو است، اما شواهد نشان میدهد که با تکامل فناوری، افزایش تولید و حمایتهای سیاستی هدفمند، هیدروژن سبز میتواند سهمی حیاتی در کاهیشدن انتشار کربن بخشهای دشوار صنعتی و حملونقل و در نهایت، تحقق اهداف توسعه پایدار جهانی ایفا کند.
منابع
• International Energy Agency (IEA). The Future of Hydrogen. Paris: IEA, 2019.
• Turner, J. A. “Sustainable Hydrogen Production.” Science, vol. 305, no. 5686, 2004, pp. 972–974.
• Buttler, A., & Spliethoff, H. “Current Status of Water Electrolysis for Energy Storage, Grid Balancing and Sector Coupling.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 82, 2018, pp. 2440–2454.
• Staffell, I. et al. “The Role of Hydrogen and Fuel Cells in the Global Energy System.” Energy & Environmental Science, vol. 12, 2019, pp. 463–491.
• European Commission. A Hydrogen Strategy for a Climate-Neutral Europe. Brussels, 2020.