إمكانات اقتصاد الهيدروجين

الاحساء – دلال الودعاني 

العالم لديه فرصة مهمة للاستفادة من إمكانات الهيدروجين الهائلة ليصبح جزءا مهما من مستقبل طاقة أكثر استدامة وأمنا. الهيدروجين النظيف يتلقى حاليا دعما قويا من الحكومات والشركات في جميع أنحاء العالم، مع توسع عدد السياسات والمشاريع بسرعة.  يمكن أن يساعد الهيدروجين في معالجة العديد من تحديات الطاقة الحرجة ، بما في ذلك المساعدة في تخزين الناتج المتغير من مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية والرياح لمطابقة الطلب بشكل أفضل. إنه يوفر طرقا لإزالة الكربون من مجموعة من القطاعات – بما في ذلك النقل لمسافات طويلة والمواد الكيميائية والحديد والصلب – حيث ثبت أنه من الصعب تقليل الانبعاثات بشكل هادف. يمكن أن يساعد أيضا في تحسين جودة الهواء وتعزيز أمن الطاقة.

مجموعة واسعة من أنواع الوقود قادرة على إنتاج الهيدروجين ، بما في ذلك مصادر الطاقة المتجددة والنووية والغاز الطبيعي والفحم والنفط. يمكن نقل الهيدروجين كغاز عن طريق خطوط الأنابيب أو في شكل سائل عن طريق السفن ، مثل الكثير من الغاز الطبيعي المسال (LNG). كما يمكن تحويلها إلى كهرباء وميثان لتشغيل المنازل وصناعة الأعلاف ، وإلى وقود للسيارات والشاحنات والسفن والطائرات.

لا يزال الهيدروجين يواجه تحديات كبيرة. يعد إنتاج الهيدروجين من الطاقة منخفضة الكربون مكلفا في الوقت الحالي ، وتطوير البنية التحتية للهيدروجين بطيء ويعيق اعتماده على نطاق واسع ، وبعض اللوائح تحد حاليا من تطوير صناعة الهيدروجين النظيف. ليوم ، يتم استخدام الهيدروجين بالفعل على نطاق صناعي ، ولكن يتم توفيره بالكامل تقريبا من الغاز الطبيعي والفحم. إنتاجها ، بشكل رئيسي للصناعات الكيميائية والتكرير. يمثل الحد من الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الهيدروجين الحالي تحديا ولكنه يمثل أيضا فرصة لزيادة حجم الهيدروجين النظيف في جميع أنحاء العالم. هناك نهج عملي يشمل التقاط وتخزين أو استخدام CO2 من إنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري. يوجد حاليا العديد من المنشآت الصناعية في جميع أنحاء العالم التي تستخدم هذه العملية ، وهناك المزيد في طور الإعداد ، ولكن هناك حاجة إلى عدد أكبر بكثير لإحداث تأثير كبير.هناك نهج عملي آخر هو أن تقوم الصناعات بتأمين إمدادات أكبر من الهيدروجين من الكهرباء النظيفة. في العقدين الماضيين، بدأ تشغيل أكثر من 200 مشروع لتحويل الكهرباء والمياه إلى هيدروجين للحد من الانبعاثات – من قطاعات النقل واستخدام الغاز الطبيعي والقطاعات الصناعية – أو لدعم دمج مصادر الطاقة المتجددة في نظام الطاقة.

يمكن استخراج الهيدروجين من الوقود الأحفوري والكتلة الحيوية ، أو من الماء ، أو من مزيج من الاثنين معا. يعد الغاز الطبيعي حاليا المصدر الرئيسي لإنتاج الهيدروجين ، حيث يمثل حوالي ثلاثة أرباع الإنتاج العالمي السنوي المخصص للهيدروجين البالغ حوالي 70 مليون طن. هذا يمثل حوالي 6 ٪ من استخدام الغاز الطبيعي العالمي. يتبع الغاز الفحم ، نظرا لدوره المهيمن في الصين ، ويتم إنتاج جزء صغير من استخدام النفط والكهرباء.

يعد التوسع في استخدام الهيدروجين النظيف في قطاعات أخرى – مثل السيارات والشاحنات والصلب وتدفئة المباني – تحديا مهما آخر. يوجد حاليا حوالي 11,200 سيارة تعمل بالهيدروجين على الطريق في جميع أنحاء العالم. يمتلك الهيدروجين كثافة طاقة أكبر من أي ناقل كتلة آخر – يمكنه أن يحل محل ثلاثة أضعاف كمية البنزين. بكثافة طاقة وقود لا مثيل لها,يمكن لأصغر جزيء في الكون ، الهيدروجين, تغذية وامداد لأكبر العمليات الصناعية على وجه الأرض ، بالإضافة إلى تشغيل الزراعة والتبريد والتنقل وتخزين الطاقة. الاستثمارات في وقود الهيدروجين ستمكن حصة متزايدة بشكل ملحوظ من سيارات الهيدروجين ومنتجات خلايا وقود الهيدروجين، مما سيعيد تشكيل أسواق الطاقة. تنتج خلايا وقود الهيدروجين الكهرباء عن طريق الجمع بين ذرات الهيدروجين والأكسجين. يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين عبر خلية كهروكيميائية – مشابهة للبطارية – لإنتاج الكهرباء والماء وكميات صغيرة من الحرارة.

تُستخدم خلايا وقود الهيدروجين حاليًا لتشغيل الأنظمة الكهربائية على المركبات الفضائية وتزويد الكهرباء على الأرض. تم تطوير خلايا وقود صغيرة لتشغيل الأجهزة الإلكترونية ، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. طور العديد من مصنعي السيارات خلايا وقود لتشغيل المركبات. يمكن لخلايا الوقود توفير الكهرباء في حالات الطوارئ في المباني والمواقع البعيدة غير المتصلة بشبكات الطاقة الكهربائية. قد تكون خلية الوقود أكثر كفاءة بمرتين إلى ثلاث مرات من محرك الاحتراق الداخلي الذي يعمل بالبنزين.

أدت التكلفة العالية لخلايا الوقود والتوافر المحدود لمحطات التزود بالوقود الهيدروجيني إلى الحد من عدد المركبات التي تعمل بالوقود الهيدروجيني المستخدمة اليوم. إن إنتاج المركبات التي تعمل بوقود الهيدروجين محدود لأن الناس لن يشتروا تلك المركبات إذا لم يكن من السهل الوصول إلى محطات التزود بالوقود بالهيدروجين ، ولن تقوم الشركات ببناء محطات للتزود بالوقود إذا لم يكن لديها عملاء بمركبات تعمل بالوقود الهيدروجين.

خيارات انتاج الهيدروجين منخفضة الانبعاثات على نطاق واسع تعرف على النحو التالي:

‏أ: الهيدروجين الأخضر المشتق من التحليل الكهربائي من كهرباء تولد  من مصادر متجددة

‏ب:  الهيدروجين الأزرق المشتق من الغاز الطبيعي الذي تم اقترانه بعملية احتجاز الكربون وتخزينه.

يمكن وصف الدور النسبي المستقبلي للهيدروجين الأخضر والأزرق في نقل الطاقة بقدرات كل منهما على ضغط وتخفيض التكاليف بمرور الوقت.

تتأثر تكلفة إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي بمجموعة من العوامل التقنية والاقتصادية ، مع كون أسعار الغاز والنفقات الرأسمالية هما الأكثر أهمية. تكاليف الوقود هي أكبر عنصر من حيث التكلفة ، حيث تمثل ما بين 45٪ و 75٪ من تكاليف الإنتاج. يؤدي انخفاض أسعار الغاز في الشرق الأوسط وروسيا وأمريكا الشمالية إلى ارتفاع بعض أقل تكاليف إنتاج الهيدروجين. يتعين على مستوردي الغاز مثل اليابان وكوريا والصين والهند التعامل مع ارتفاع أسعار استيراد الغاز ، وهذا يؤدي إلى ارتفاع تكاليف إنتاج الهيدروجين.

بينت الأبحاث والدراسات المتعمقة اللتي تركز على نطاقات مختلفة من تطورات تكنولوجيا الهيدروجين ، ومسارات السوق ، والإطار التنظيمي والتأثيرات البيئية نتائج واعدة على كامل مدى سلسلة قيمة الهيدروجين. بالنسبة لنقل الهيدروجين يمكن ضغطه للمسافات القصيرة ، ولمسافات نقل أطول يتم تحويل الهيدروجين إلى سائل ، على سبيل المثال التحويل إلى الأمونيا, لتسهيل نقله لدول العالم المستهلكة للطاقة. تطوير عملية إنتاج, تخزين وتوزيع يدعم انتشار الهيدروجين كوقود نظيف حوال العالم. الهيدروجين سيكون الضوء الرائد في قطاع الطاقة النظيفة. إنه لأمر مدهش كيف يمكن لأصغر جزيء في الكون أن يكون له أكبر تأثير إيجابيفى المستقبل.

مع انخفاض تكاليف الكهرباء المتجددة ، ولا سيما من الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح ، يتزايد الاهتمام بالهيدروجين الأخضر المشتق من التحليل الكهربائي من كهرباء تولد  من مصادر متجددة وكان هناك العديد من المشاريع التجريبية  الناجحة في السنوات الأخيرة. مع انخفاض تكاليف الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتوليد الرياح ، يمكن أن يصبح بناء المحلل الكهربائي في مواقع ذات ظروف موارد متجددة ممتازة خيار انتاج وتوريد منخفض التكلفة للهيدروجين.

مشاريع التخزين المتقدم للطاقة النظيفة تعمل على تخزين كميات كبيرة من الهيدروجين الغازي المنتج من مصادر متجددة لتخزين الطاقة الموسمية على المدى الطويل.الهيدروجين لديه القدرة على تسهيل إزالة الكربون من قطاع الطاقة الكهربائية عن طريق تخزين الطاقة المنتجة باستخدام الطاقة المتجددة للاستخدام على مدار أيام أو أسابيع. يمكن إنتاج الهيدروجين بموارد متجددة عندما يكون إنتاج الطاقة المتجددة مرتفعًا ويمكن تخزينه لتوليد الكهرباء عندما تكون الموارد المتجددة محدودة والطلب على الكهرباء مرتفعًا.