الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون ، و لكن على الأرض لا يبدو نقياً في الطبيعة ، ويتطلب طاقة للفصل ولذلك فإن الأسلوب الأكثر شيوعاً هو استخراج الهيدروجين من الماء ، و هو مكون من جزأين من الهيدروجين و جزء واحد من الأكسجين (و من ثم H2O).
و بدأت أكثر من دولة حول العالم تتجه للاستثمار في هذه الطاقة ، لإطلاق برنامج مُوسع لاستخدام الهيدروجين كوقود صناعي ، وذلك بهدف تعزيز الطموحات الرامية إلى توسيع آفاق إنتاج الطاقة النظيفة، و دعم اتفاقية باريس للتغير المناخي.
و من المتوقع أن تنخفض تكاليف الإنتاج بنسبة 40% حتى عام 2025 ، حيث يجب استخدام أي تقنية على نطاق صناعي حتى تصبح مجدية اقتصادياً. الأمر نفسه ينطبق على تقنيات المحلل الكهربائي ، و في الوقت الحالي انخفضت أسعار جهاز التحليل الكهربائي بنسبة 50% مقارنةً بخمس سنوات ماضية ، و يرجع ذلك إلى التقدُّم الكبير في تكنولوجيا المحلل الكهربائي و القدرة على التصنيع.
الفرق بين الهيدروجين الأخضر و الهيدروجين الأزرق
الهيدروجين الأخضر يُمكن أن يقضي على الانبعاثات تقريباً باستخدام الطاقة المتجددة – التي تزداد وفرتها وغالباً ما يتم توليدها في أوقات أقل من المثالية – لتشغيل التحليل الكهربائي للمياه . و هو أحد حلول التخلص من انبعاثات الكربون ، هي كهربة نظام الطاقة بالكامل واستخدام الطاقة المتجددة النظيفة ، لكن كهربة نظام الطاقة بأكمله سيكون أمراً صعباً ، أو على الأقل سيكون أكثر تكلفة من الجمع بين التوليد المتجدد والوقود منخفض الكربون ، و الهيدروجين الأخضر هو أحد أنواع الوقود منخفضة الكربون المحتملة التي يمكن أن تحل محل الهيدروكربونات الأحفورية اليوم .
الهيدروجين الأزرق، و يُعرف بالخيار الأنظف حيث يتم إنتاج الغاز عن طريق إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار ولكن يتم تقليل الانبعاثات باستخدام احتجاز الكربون وتخزينه ، ويمكن لهذه العملية أن تخفض كمية الكربون الناتج إلى النصف تقريباً ، لكنها لا تزال بعيدة عن كونها خالية من الانبعاثات و يتم إنشاء الهيدروجين الأزرق من مصادر أحفورية ، حيث يتم التقاط انبعاثات الكربون و تخزينها . بينما يُصنع الهيدروجين الأخضر من مصادر غير أحفورية و يفضل من قبل صانعي السياسة و أصدقاء البيئة الذين يحذرون من استمرار الاقتصاد الأحفوري.
اقرأ أيضاً: الهيدروجين الأخضر.. كل ما تريد معرفته عن وقود المستقبل
استقبلت حافلة من طابقين تعمل بالهيدروجين الأخضر، رؤساء الدول والحكومات المشاركين في قمة الأمم المتحدة للتغير المناخي “كوب 26” .
إطلاق الحافلة في مدينة غلاسكو المستضيفة للقمة، يستهدف دعم التوجه نحو استخدام هذه الطاقة صديقة البيئة.
يأتي ذلك، بينما بدأت أكثر من دولة حول العالم تتجه للاستثمار في هذه الطاقة، ومنها دولة الإمارات العربية المتحدة، والتي وقعت أمس الأربعاء اتفاقية تعاون مع حكومة ألمانيا الإتحادية، لإطلاق برنامج موسع يشمل تشكيل فريق عمل بين الجانبين في مجال الهيدروجين الأخضر والوقود الصناعي، وذلك بهدف تعزيز الطموحات الرامية إلى توسيع آفاق إنتاج الطاقة النظيفة، ودعم اتفاقية باريس للتغير المناخي.
فما هو هذا الهيدروجين الأخضر؟.. وكيف يتم تصنيعه؟.. وما هي أبرز مزاياه؟.. كل ما تريد معرفته عن هذا الوقود ستجده في هذا التقرير
أولا: ما هو الهيدروجين الأخضر؟
معظم الغاز المستخدم بالفعل على نطاق واسع كمادة كيميائية صناعية يكون إما بنيًا، إذا تم تصنيعه من خلال تغويز الفحم ” تحويل الكربون في الفحم فيهما إلى مركبات غازية “؛ أو رمادي، إذا تم تصنيعه من خلال إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار، والذي يستخدم عادةً الغاز الطبيعي كمواد وسيطة، لا تعتبر أي من هاتين العمليتين صديقة للكربون تمامًا.
ويُعرف الخيار الأنظف باسم الهيدروجين الأزرق، حيث يتم إنتاج الغاز عن طريق إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار ولكن يتم تقليل الانبعاثات باستخدام احتجاز الكربون وتخزينه، ويمكن لهذه العملية أن تخفض كمية الكربون الناتج إلى النصف تقريبًا، لكنها لا تزال بعيدة عن كونها خالية من الانبعاثات.
على النقيض من ذلك، يمكن للهيدروجين الأخضر أن يقضي على الانبعاثات تقريبًا باستخدام الطاقة المتجددة – التي تزداد وفرتها وغالبًا ما يتم توليدها في أوقات أقل من المثالية – لتشغيل التحليل الكهربائي للمياه.
ثانيا: كيف تصنع الهيدروجين الأخضر؟
مع التحليل الكهربائي، كل ما تحتاجه لإنتاج كميات كبيرة من الهيدروجين هو الماء، ومحلل كهربائي كبير وإمدادات وفيرة من الكهرباء.
وإذا كانت الكهرباء تأتي من مصادر متجددة مثل الرياح أو الطاقة الشمسية أو الهيدروجين، فعندئذ يكون الهيدروجين أخضر بشكل فعال.
ويكمن التحدي الآن في نقص المعروض من أجهزة التحليل الكهربائي الكبيرة، ولا تزال الإمدادات الوفيرة من الكهرباء المتجددة تأتي بسعر باهظ، وبالمقارنة مع عمليات الإنتاج الأكثر رسوخًا، يعد التحليل الكهربائي مكلفًا للغاية.
ثالثا: كيف يتم تخزينه واستخدامه؟
من الناحية النظرية، هناك الكثير من الأشياء المفيدة التي يمكن القيام بها باستخدام الهيدروجين الأخضر، حيث يمكن إضافته إلى الغاز الطبيعي وحرقه في محطات الطاقة الحرارية أو التدفئة المركزية، و يمكن استخدامه كمقدمة لناقلات الطاقة الأخرى، من الأمونيا إلى الهيدروكربونات الاصطناعية، أو لتشغيل خلايا الوقود مباشرة في السيارات والسفن، على سبيل المثال.
كما يمكن استخدامه ببساطة لاستبدال الهيدروجين الصناعي الذي يتم إنتاجه سنويًا من الغاز الطبيعي والذي يصل حجمه إلى حوالي 10 ملايين طن متري في الولايات المتحدة وحدها.
والمشكلة الرئيسية في إرضاء كل هذه الأسواق المحتملة هي في إيصال الهيدروجين الأخضر إلى حيث يحتاج إليه، فتخزين ونقل الغاز القابل للاشتعال ليس بالأمر السهل؛ ويستهلك مساحة كبيرة والأنابيب الفولاذية قد لا تكون فعاله في نقله، لهذا السبب، سيتطلب نقل كميات كبيرة من الهيدروجين خطوط أنابيب بمواصفات خاصة.
رابعا: لماذا الاهتمام الآن بالهيدروجين الأخضر ؟
أحد حلول التخلص من انبعاثات الكربون، هي كهربة نظام الطاقة بالكامل واستخدام الطاقة المتجددة النظيفة، لكن كهربة نظام الطاقة بأكمله سيكون أمرًا صعبًا، أو على الأقل سيكون أكثر تكلفة من الجمع بين التوليد المتجدد والوقود منخفض الكربون، والهيدروجين الأخضر هو أحد أنواع الوقود منخفضة الكربون المحتملة التي يمكن أن تحل محل الهيدروكربونات الأحفورية اليوم.
ومن المسلم به أن الهيدروجين بعيد كل البعد عن كونه وقودًا مثاليًا، فكثافته المنخفضة تجعل من الصعب تخزينه والتحرك به، ويمكن أن تكون قابليته للاشتعال مشكلة ، كما تم تسليط الضوء على انفجار محطة تعبئة الهيدروجين النرويجية في يونيو/حزيران 2019.
لكن أنواع الوقود الأخرى منخفضة الكربون تعاني أيضًا من مشاكل، ليس أقلها التكلفة، وبما أن معظمها يتطلب إنتاج الهيدروجين الأخضر، فلماذا لا تلتزم فقط بالمنتج الأصلي؟
يشير المؤيدون إلى أن الهيدروجين يستخدم بالفعل على نطاق واسع في الصناعة، لذلك من غير المحتمل أن تكون المشاكل التقنية المتعلقة بالتخزين والنقل مستعصية على الحل، بالإضافة إلى ذلك، من المحتمل أن يكون الغاز متعدد الاستخدامات، مع تطبيقات محتملة في مجالات تتراوح من التدفئة وتخزين الطاقة على المدى الطويل إلى النقل.
وتعني فرصة تطبيق الهيدروجين الأخضر عبر مجموعة واسعة من القطاعات أن هناك عددًا كبيرًا من الشركات التي يمكن أن تستفيد من اقتصاد وقود الهيدروجين المزدهر، ومن بين هؤلاء، ربما تكون أهم شركات النفط والغاز التي تواجه دعوات متزايدة لخفض إنتاج الوقود الأحفوري.
والعديد من شركات النفط الكبرى من بين اللاعبين الذين يتنافسون على مركز الصدارة في تطوير الهيدروجين الأخضر، وأكدت شركة شل Nederland، على سبيل المثال، في مايو/أيار 2020 أنها تعاونت مع شركة الطاقة” Eneco “، لإنشاء أكبر مجموعة هيدروجين قياسية في هولندا، وبعد أيام، كشفت شركة تطوير الطاقة الشمسية “Lightsource BP “، أنها تدرس تطوير محطة هيدروجين أسترالية خضراء تعمل بطاقة 1.5 جيجاوات من طاقة الرياح والطاقة الشمسية.
خامسا: كم تكلفة صنع الهيدروجين الأخضر؟
لا يزال إنتاج الهيدروجين الأخضر مكلفًا حتى اليوم، وفي تقرير نُشر في 2019 (باستخدام بيانات من 2018)، قدرت وكالة الطاقة الدولية تكلفة الهيدروجين الأخضر بما يتراوح بين 3 دولارات و 7.50 دولارات للكيلو، مقارنة بـ 0.90 دولار إلى 3.20 دولار للإنتاج باستخدام إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار.
وسيكون خفض تكلفة المحلل الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية لتقليل سعر الهيدروجين الأخضر، لكن ذلك سيستغرق وقتًا ونطاقًا.
وقالت وكالة الطاقة الدولية إن تكاليف المحلل الكهربائي قد تنخفض بمقدار النصف بحلول عام 2040، من حوالي 840 دولارًا لكل كيلووات من السعة اليوم.
وتتطلب دراسة الجدوى الخاصة بالهيدروجين الأخضر كميات كبيرة جدًا من الكهرباء المتجددة الرخيصة نظرًا لضياع قدر لا بأس به في التحليل الكهربائي، وتتراوح كفاءة المحلل الكهربي من حوالي 60 إلى 80 بالمائة، وفقًا لشركة شل.
ويتفاقم تحدي الكفاءة بسبب حقيقة أن العديد من التطبيقات قد تتطلب الهيدروجين الأخضر لتشغيل خلية وقود، مما يؤدي إلى مزيد من الخسائر.
سادسا: كم يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر؟
يمثل الهيدروجين الأخضر حاليًا أقل من 1 في المائة من إجمالي إنتاج الهيدروجين السنوي، وفقًا لـ” وود ماكنزي”، وهي هي مجموعة عالمية لأبحاث الطاقة والمواد الكيميائية والمواد المتجددة والمعادن واستشارات التعدين.
لكن “وود ماكنزي”، تتوقع ازدهارًا في الإنتاج في السنوات القادمة، حيث تضاعفت مشاريع المحلل الكهربائي للهيدروجين الأخضر ثلاث مرات تقريبًا في الأشهر الخمسة التي سبقت أبريل/نيسان 2020، لتصل إلى 8.2 جيجاوات، وكانت الزيادة مدفوعة بشكل أساسي بالزيادة في عمليات نشر المحلل الكهربائي على نطاق واسع، مع 17 مشروعًا من المقرر أن تبلغ طاقتها 100 ميجاوات أو أكثر.
وبحلول عام 2027، من المرجح أن يتجاوز متوسط حجم أنظمة المحلل الكهربائي 600 ميجاوات، كما تقول “وود ماكنزي”.
سابعا: من يقود تطوير الهيدروجين الأخضر؟
يبدو أن الهيدروجين الأخضر يشغل بال الجميع في الوقت الحالي، مع وجود ما لا يقل عن 10 دول تتطلع إلى الغاز من أجل أمن الطاقة في المستقبل والصادرات المحتملة، ويكفي معرفة أن دولة مثل البرتغال، كشفت في مايو/أيار 2020 عن استراتيجية وطنية للهيدروجين قيل إنها ستبلغ 7 مليارات يورو (7.7 مليار دولار) حتى عام 2030.
وإلى جانب شركات النفط والغاز، يرى مطورو الطاقة المتجددة الهيدروجين الأخضر كسوق ناشئة، حيث أعلنت شركة طاقة الرياح البحرية “أورستد” في مايو/أيار 2020 على أول مشروع كبير يستهدف قطاع النقل حصريًا.
إلى جانب هذه الأسماء الكبيرة، تأمل مجموعة من الشركات الأصغر في الحصول على شريحة من فطيرة الهيدروجين الخضراء المتنامية، وقد لا تكون شركات مثل ITM Power معروفة جيدًا اليوم ، ولكن إذا كان الهيدروجين الأخضر يفي بجزء بسيط من وعده، فقد تصبح يومًا ما كيانا ضخمًا.
ثامنا: وماذا عن مركبات الهيدروجين؟
ساعدت سيارة “تويوتا ميراي” اللافتة للنظر في تغذية الآمال المبكرة بأن مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية قد تتنافس مع السيارات الكهربائية للاستيلاء على محرك الاحتراق الداخلي. ولكن مع ازدهار سوق السيارات الكهربائية، تلاشى احتمال أن يكون الهيدروجين منافسًا جادًا، على الأقل في قطاع سيارات الركاب.
هناك ما يقرب من 7600 سيارة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين على الطرق الأمريكية اليوم، مقارنة بأكثر من 326400 سيارة كهربائية تم بيعها في الولايات المتحدة في 2019.
ومع ذلك، لا يزال الخبراء يتوقعون أن يلعب الهيدروجين دورًا في إزالة الكربون الذي تسببه الرافعات الشوكية والشاحنات الثقيلة، فمن المرجح أن يكونوا الأكثر استفادة من الوقود الهيدروجيني.
المصدر: بترو نيوز – العين الإخبارية – مواقع إلكترونية