هیدروژن سبز چیست؟

بدیهی است که همه ی ما عنصر هیدروژن را بشناسیم و همچنین می دانیم که این عنصر فراوان ترین عنصر بر روی کره ی زمین است، حال در این مقاله قصد داریم شما را با نوع خاصی از هیدروژن آشنا کنیم که مزایای بسیار زیادی دارد اما دارای یک مشکل می باشد و آن هم این است که این ماده در محیط زیست آزاد نیست (به عنوان مثال در مخازن)، اما همیشه با عناصر دیگر ترکیب می شود (به عنوان مثال، در آب، H2O یا متان، CH4) به همین دلیل استفاده در کاربردهای انرژی، در مرحله ی اول باید آزاد شود، به این معنا که از بقیه عناصر جدا شود. برای به تحقق رساندن این جداسازی و به دست آوردن هیدروژن رایگان، باید یک سری فرآیند ها پیاده سازی شود و برای آن ها انرژی صرف می گردد. این تعریف هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی است، نه انرژی اولیه یا سوختی که بسیاری از مردم مد نظرشان می باشد. هیدروژن سبز یک حامل انرژی است، نه منبع اصلی انرژی. به بیان دیگر، هیدروژن ماده ای است که می تواند انرژی را ذخیره کند، و بعد از آن این قابلیت را دارد که به صورت کنترل شده در جای دیگر آزاد شود. به همین ترتیب، می تواند با باتری های لیتیوم که برق را ذخیره می کنند قابل مقایسه باشد آن هم به جای سوخت های فسیلی مثل گاز طبیعی.

هیدروژن سبز در کل دنیا روز به روز اهمیت بیشتری پیدا می کند و مخاطبان این فناوری ادعا دارند که این موضوع می‌تواند نقش بسیار حیاتی را  در کربن ‌زدایی ایفا کند؛ اما بد بینان، ایمنی و اینکه عملی باشد یا نه را زیر سؤال می‌ برند.

بیشتر بخوانید: انرژی زمین گرمایی چیست

هیدروژن سوختی پاک

بر طبق عقیده ی محققان گاز هیدروژن، سوخت پاکِ آینده است. در حال حاضر دانمارک اولین کشور در دنیاست که در آن شبکه ملی سوخت رسانی برای هیدروژن وجود دارد و محققان طرح اروپایی تبدیل هیدروژن به سوخت اصلی خودرو‌ها در دانمارک، به دنبال راهی برای پیشبرد این فناوری هستند. حدودا ده جایگاه سوخت رسانی هیدروژنی در نقاط استراتژیک کشور راه اندازی شده است. هم اکنون در اروپا تنها تعداد معدودی وسیله نقلیه با سوخت گاز هیدروژن وجود دارد. ناگفته نماند که یکی از راه‌ های کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن استفاده از هیدروژن به جای گازوئیل و یا بنزین می باشد.

مزایای این گونه خودور‌ها این است که خیلی نرم حرکت می ‌کنند و موتور آن سر و صدا ایجاد نمی ‌کند. و از دیگر مزایای این خودرو این است که شما می‌ توانید از همان الگو‌های موتور‌های احتراقی استفاده کنید، یعنی می‌ توانید به ایستگاه سوخت رسانی بروید و پیل سوختیِ خودرو را سه الی پنج دقیقه با گاز هیدروژن شارژ کنید و با آن بین چهارصد تا ششصد کیلومتر رانندگی کنید! ولی چالش اصلی بر سر این راه، تولید هیدروژن سبز از منابع تجدید پذیر انرژیست، اگرچه این فناوری هم اکنون وجود دارد در غیر ای نصورت این متد به ما کمکی نمی کند. در یکی از شهر های انگلستان، جایگاه سوخت رسانی مجهز به الکترولیزور یا همان الکترولیزگر است که در آن، توربین بادی انرژی لازم برای تولید هیدروژن محلول از الکترولیز آب را فراهم می سازد. کسی که مسئولیت هماهنگی طرح تبدیل هیدروژن به سوخت اصلی خودرو‌ها در اروپا را دارد بیان می کند: «بیشترهیدروژنی که امروز در اختیار داریم از سوخت ‌های فسیلی به دست می آید، ولی در صورتی که قصد داشته باشیم گاز هیدورژن را تبدیل به سوخت اصلی خودرو کنیم، باید از منابع سبز تولید انرژی استفاده کنیم. به طور مثال می ‌توانیم منابع تجدید پذیر را با یک سیم مجزا به منبع سوخت اتصال دهیم.

اهمیت هیدروژن سبز

در حال حاضر تبعات مداخله انسان در محیط زیست بیشتر از هر زمانی تجلی پیدا کرده است. مفهوم توسعه با رعایت حفاظت از محیط طبیعی و زیست محیط هم معناست و در شاخص های اقتصادی حساب های ملی، مثل تولید ناخالص داخلی، حفاظت کردن از منابع طبیعی و زیست محیطی نیز مطرح است.

هم اکنون، مصرف انرژی جهان (برابر 10 میلیارد تن نفت خام درسال) است و پیش بینی می شود که این ارقام در سال های آتی افزایش یابند. این ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده عظیم بوده و بالطبع، این سؤال مهم پیش می آید که آیا منابع انرژی های فسیلی در قرن آینده جوابگوی نیاز انرژی جهان برای بقا، تکامل و توسعه خواهند بود؟ از آن جایی که انرژی، یک نیاز مهم جهت استمرار توسعه اقتصادی، تدارک و تأمین رفاه و آسایش زندگی انسان است. حداقل به سه دلیل عمده، جواب این سؤال منفی است و باید منابع جدید انرژی را جانشین منابع قدیم کرد. این دلایل عبارتند از: محدودیت و در عین حال مرغوبیت انرژی های فسیلی که ازنظر منطقی کاربردهای بهتر از احتراق دارند و همچنین مسائل و مشکلات زیست محیطی، به طوری که امروزه حفظ سلامت اتمسفر، از مهم ترین پیش شرط های توسعه اقتصادی پایدار جهانی محسوب می شوند.

کاربرد هیدروژن سبز

از نظر تئوری، یکی از تاثیر گذار ترین راه های کربن زدایی اقتصاد، تلاش برای برق رسانی به کل سیستم انرژی است. با این وجود، هم اکنون، به تناسب کاربرد هایی که وجود دارد، فناوری های باتری و الکتریکی امکان پذیر نیست. در بسیاری از آنها، این هیدروژن سبز است که می تواند جایگزین سوخت های فسیلی شود، اگرچه همه خیلی پخته و ساده نیستند. به همین دلیل باید به دنبال یک جایگزین مناسب باشید، جایگزین هایی مثل هیدروژن قهوه ای و خاکستری. اولین قدم باید جایگزینی تمام هیدروژن فسیلی موجود در صنعت، استفاده از فن آوری های پیشرفته و کاهش هزینه ها باشد. مواردی که در زیر آمده اند از کاربرد های هیدروژن سبز می باشد:

در صنایع سنگین بسیار مورد استفاده قرار می گیرد: مصرف کنندگان بزرگ فولاد، سیمان، شرکت های شیمیایی و سایر شرکت های این چنینی می توانند از این عنصر استفاده کنند زیرا سوخت های فسیلی به راحتی در دسترس نیستند و همچنین به طور مستقیم استفاده از آن ها امکان پذیر نخواهد بود.

فروشگاه انرژی: بدون تردید از امیدوار کننده ترین برنامه ها برای هیدروژن همین مورد است آن هم به عنوان یک سیستم ذخیره انرژی فصلی. با محبوبیت روزافزون انرژی هایی که تجدید پذیراند، متوجه خواهیم شد که هزینه برق واقعاً ارزان است و حتی مازاد آن وجود خواهد داشت به این خاطر که جایی برای مصرف آن وجود ندارد. این جایی است که هیدروژن بازی می کند، که می تواند ارزان تولید شود و بعد از آن در صورت تقاضا برای هر کاربردی، اعم از تولید برق یا هر برنامه دیگر، مورد استفاده قرار گیرد.

حمل و نقل: بدون شک حمل و نقل یکی دیگر از مهم ترین کاربرد های هیدروژن سبز است. همانطور که می دانید در حمل و نقل به سبک امروزی، باتری ها پیروز میدان هستند، اما بعضی از تولید کنندگان (علی الخصوص ژاپن) همچنان به تولید مدل های سلول سوختی خود ادامه می دهند و باید دید که نتایج به چه صورت است.

گرم کردن: در همه جا گرمایش خانگی و صنعتی به عنوان یک بخش مهم است که همیشه نمی توان آن را الکتریکی کرد (پمپ های گرما همیشه یک گزینه نیستند)، و دراین جاست که هیدروژن می تواند یک راه حل تقریبا جزئی باشد. به علاوه، می توان از زیرساخت های موجود (مثل شبکه های گاز طبیعی) برای افزایش تقاضا استفاده کرد. در واقع، مخلوط کردن هیدروژن تا 20٪ حجمی در یک شبکه گاز طبیعی موجود نیاز به حداقل تغییرات در شبکه یا وسایل مصرفی نهایی دارد.

تولید هیدروژن سبز

بر اساس اطلاعات به دست آمده در حواشی بیابان عربستان سعودی در جوار دریای سرخ، امکان دارد شهری آینده ‌نگرانه به‌ نام «نئوم» ایجاد شود. این شهر 500 میلیارد دلاری (همراه‌ با تاکسی‌ های پرنده و ربات‌ های خانگی) قرار است محل سکونت یک میلیون نفر باشد. عربستان قصد ندارد از نفت به جهت فراهم ساختن انرژی شهر و فروش آن به کل جهان استفاده کند. این کشور هم اکنون در حال سرمایه ‌گذاری بر روی سوخت جدید هیدروژن سبز است.

یکی از شرکت های بزرگ، طی سال های اخیر، اعلام کرد که از 4 سال پیش تا به الان در حال ساخت کارخانه هیدروژن سبز در عربستان است. انرژی لازم برای این کارخانه از چهار گیگا وات برق حاصل از پروژه های بادی و خورشیدی تأمین می گردد که در بیابان پراکنده‌ اند. همچنین این ادعا وجود دارد که این پروژه‌ بزرگ ‌ترین طرح پیاده سازی هیدروژن سبز در جهان باشد و در واقع عربستان می خواهد که تعداد بیشتری از این نیروگاه‌ ها بسازد.

لازم به ذکر است که بدانید فقط عربستان نیست که هیدروژن سبز را به‌ عنوان پیشرفت مهم آینده در انرژی می بیند، این سوخت در آمریکا آنچنان مورد توجه قرار نمی ‌گیرد؛ اما کشورهای مختلف دنیا درحال روی آوردن به هیدروژن سبز اند و تعداد کثیری از شرکت ‌ها، سرمایه‌ گذاران، دولت ‌ها و دوست داران محیط ‌زیست این عقیده را دارند که هیدروژن سبز منبعی از انرژی است که قدرت این را دارد به دوران فرمان‌ روایی سوخت ‌های فسیلی پایان ببخشد و روند گرمایش زمین را بسیار پایین بیاورد.

هیدروژن سبز را یکی از مفسران انرژی، بسیار مفید می ‌داند و همچنین کارشناسانی مثل این فرد می‌ گویند در حالی‌ که انرژی بادی و خورشیدی می‌ تواند برق مورد نیاز خانه ‌ها و اتومبیل ‌های برقی را تأمین کند، این انرژی می‌ تواند منبع بسیار فوق العاده ای برای صنایعی مثل صنایع تولید بتن و فولاد باشد که به انرژی بالایی نیاز دارند و همچنین قسمت هایی از سیستم حمل‌ و‌ نقل که برقی کردن آن‌ ها سخت تر است.

از آن جایی که اروپا قیمت‌ های بالایی برای مصرف انرژی را متحمل می‌ شود و به ‌شدت به گاز طبیعی روسیه وابستگی دارد، با تأمین اعتبار برای ساخت کارخانه‌ های الکترولیز و دیگر زیرساخت ‌های هیدروژن، به میزان بسیار زیادی از هیدروژن سبز استقبال می ‌کند. آلمان بالاترین سهم از بودجه مشوق انرژی پاک خود را به هیدروژن سبز اختصاص داده است. کمیسیون اروپا درباره استراتژی هیدروژن خود اظهار دارد که: این بخش گمشده ‌ای از پازل اقتصاد کاملا بدون کربن است!

به طور کلی می توان این نتیجه را گرفت که پذیرش وسیع فناوری‌ های هیدروژن سبز با موانع جدی رو‌ به ‌رو است که مهم ‌ترین آن‌ ها این است که سوخت ‌های هیدروژن برای سبز بودن به انرژی تجدیدپذیر نیاز دارند و این امر نیازمند توسعه ‌ی وسیع تولید انرژی تجدید پذیر جهت تأمین انرژی کارخانه‌ های الکترولیزی است که آب را به هیدروژن و اکسیژن می‌ شکنند. هم اکنون رایج ترین روش جهت تولید هیدروژن، ریفرمینگ گاز طبیعی است که همان ‌طور که از نامش مشخص است، به سوخت فسیلی به شکل گاز طبیعی نیاز دارد که طی واکنش با بخار آب، هیدروژن، کربن‌ مونوکسید و کربن‌ دی ‌اکسید تولید می‌ کند. بخاطر اینکه در این روش سنتی تولید هیدروژن از متان، کربن‌ دی‌اکسید آزاد می ‌شود، این روش با محیط ‌زیست سازگاری ندارد و هیدروژنی که به این شیوه تولید می گردد به «هیدروژن خاکستری» شهرت دارد. به علاوه، صرف ‌نظر از روش تولید، ذخیره و حمل هیدروژن بدون خط لوله دشوار است. در حال ‌حاضر در برخی مناطق مانند آمریکا، هیدروژن از سوخت ‌های دیگری مانند گاز طبیعی قیمت بسیار بالاتری دارد.

ویژگی های هیدروژن سبز

با این که این انرژی مزایای بسیار قابل ‌توجهی دارد، اما ایراداتی نیز دارند که قابل چشم پوشی نیست. این انرژی در طبیعت وجود ندارد و جداسازی آن به انرژی زیادی نیازمند است. به طور مثال ذخیره‌ سازی آن به فشرده ‌سازی تا حد 700 برابر فشار اتمسفر، سردسازی تا 253- درجه‌ ی سانتی‌گراد و ... نیاز دارد. هیدروژن سبز یک‌ چهارم انرژی به ازای واحد حجم گاز طبیعی را حمل می ‌کند، فلز را شکننده کرد و ازطریق کوچک ‌ترین درزها فرار می‌کند و بسیار محترق است.

یکی دیگر از تحلیل ‌گران انرژی می گوید که این سوخت به قدری جدید و نوپا است که آینده‌ ی آن اصلا مشخص نیست و هیچ کس ایده‌ ی صحیحی درباره آینده‌ ی آن ندارد. در این مرحله همه چیز در حد حدس و گمان است و هم اکنون کمی دشوار است که آن را به‌ این سرعت به عنوان جایگزین نفت ببینیم. گرچه می‌تواند بخش مهمی از ترکیب سوخت کلی را تشکیل دهد. اما از طرفی دیگر چشم ‌انداز هیدروژن سبز آنقدر وسوسه ‌انگیز است که نمی‌ توان آن را نادید گرفت. اگر بتوانیم آن را با انرژی تجدید پذیر تولید کنیم، عاری از کربن ‌دی‌اکسید خواهد بود و با این حرکت به حل مشکل تناوبی بودن انرژی‌های بادی و خورشیدی کمک کرده ایم. همانطور که طرفداران درباره ی آینده‌ ی هیدروژن سبز خوش ‌بین اند، افراد بد بین به مشکل حمل بی‌ خطر سوخت اشاره دارند.