بدأت البلدان في جميع أنحاء العالم بإدخال سياسات جديدة تهدف إلى التخفيف من آثار تغير المناخ والحد من انبعاثات الكربون، وتركز العديد من هذه التدخلات على نشر أنظمة أكثر استدامة لتوفير الكهرباء على نطاق واسع وإدخال تكنولوجيات جديدة تعمل بالطاقة الكهربائية، مثل المركبات الكهربائية والمحللات الكهربائية (أي الأجهزة التي تعمل بالكهرباء والتي يمكنها تقسيم الماء إلى ذرات هيدروجين وأكسجين).
لقد اكتسب استخدام المحلل الكهربائي مؤخرًا اهتمامًا خاصًا كوسيلة لإنتاج وتخزين غاز الهيدروجين (H 2 )، وهو ذو أهمية حيوية لمختلف التطبيقات، بدءًا من تصنيع الأمونيا للأسمدة إلى تصنيع خلايا الوقود لتشغيل المركبات الكبيرة، أو القطارات.
في حين أنه يمكن تشغيل المحللات الكهربائية باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، إلا أنه إذا تم تشغيلها بواسطة شبكات الكهرباء الحالية، فمن المحتمل أن تؤدي هذه الأجهزة إلى انبعاثات كربون أعلى من الطرق التقليدية لإنتاج غاز الهيدروجين.
وبالتالي فإن تقييم تأثير المحللات الكهربائية المتصلة بالشبكة على جهود إزالة الكربون أمر بالغ الأهمية، وخاصة في الولايات المتحدة (الولايات المتحدة) حيث تم إنشاء ائتمان ضريبي على الإنتاج المرتبط بالانبعاثات (PTC) لأولئك الذين ينتجون غاز الهيدروجين.
يمنح هذا الحافز المالي المشاريع ذات دورة الحياة المنخفضة لانبعاثات غازات الدفيئة ائتمانًا ضريبيًا يصل إلى 3 دولارات لكل كيلوغرام من الهيدروجين المنتج.
قام الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بفحص كيف يمكن للتفسيرات المختلفة لمصادر الطاقة المتجددة المتغيرة (VRE) (أي مصادر الطاقة التي تعتمد على الظروف الجوية المتغيرة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ) وسياسات نظام الطاقة أن تؤثر على التكاليف، وانبعاثات إنتاج الهيدروجين كهربائيا.
تُظهر ورقتهم البحثية، المنشورة في مجلة Nature Energy ، أن الافتراضات المختلفة حول VRE المستخدمة لتشغيل المحللات الكهربائية المتصلة بالشبكة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على تقديرات انبعاثات الكربون الناتجة.
وكتب مايكل أ. جيوفانييلو، آنا إن، سيبولسكي وزملاؤهم في ورقتهم، “توفر الأدبيات إرشادات متضاربة حول متطلبات المطابقة الزمنية المناسبة بين استهلاك الكهرباء بواسطة المحللات الكهربائية والطاقة المتجددة المتغيرة المتعاقد عليها (VRE) لتأهيل الهيدروجين (H 2 ) على أنه “منخفض الكربون”،” “لقد أظهرنا أن هذه النتائج تتأثر بشكل كبير بتفسيرات مختلفة للإضافة.”
أجرى جيوفانييلو وسيبولسكي وزملاؤهم تحليلاتهم باستخدام نموذج أنظمة الطاقة المسمى DOLPHYN، سمح لهم هذا النموذج بتقدير انبعاثات وتكاليف المحللات الكهربائية المتصلة بالشبكة في ظل سيناريوهات أو ظروف افتراضية مختلفة.
استكشف الباحثون على وجه التحديد الاختلافات بين السيناريوهات التي تتنافس فيها موارد VRE التي تساعد على تلبية متطلبات الكهرباء بما يتجاوز إنتاج الهيدروجين أو لا تتنافس مع VRE المتعاقد عليها لإنتاج H2، بالإضافة إلى ذلك، فقد ركزوا على سيناريوهات متميزة تكون فيها متطلبات VRE إما بالساعة أو سنويًا.
تشير نتائج تحليلات الفريق إلى أن هذه التفسيرات المختلفة تؤدي إلى تقديرات مختلفة لانبعاثات الكربون، ولذلك، فإن النهج لتحديد متطلبات المطابقة الزمنية لتحديد أهلية PTC، وتقييم التأثير الفعلي للمحللات الكهربائية المتصلة بالشبكة على الانبعاثات يجب أن تأخذ هذه العوامل المؤثرة في الاعتبار.
انخفاض كبير في الانبعاثات اللاحقة
أوضح الباحثون. في ورقتهم “يمكن تحقيق انخفاض كبير في الانبعاثات اللاحقة في ظل مطابقة الوقت السنوية عند افتراض أن VRE للطلب على الكهرباء غير H 2 لا يتنافس مع VRE المتعاقد عليها لـ H 2، على عكس افتراض أن جميع موارد VRE في منافسة مباشرة”.
وأضاف الباحثون “يشير المزيد من التحليل الذي يأخذ في الاعتبار أربع سياسات ذات صلة بنظام الطاقة إلى أن التفسير الأخير للإضافة من المرجح أن يبالغ في تقدير تأثيرات الانبعاثات للمطابقة السنوية ويقلل من تقدير تأثيرات المطابقة بالساعة.”
يمكن لنتائج التحليلات التي أجراها هذا الفريق من الباحثين أن تفيد عملية صنع السياسات، وخاصة صياغة متطلبات الأهلية للحصول على الإعفاءات الضريبية من PTC، بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه الدراسة أن تمهد الطريق لمزيد من الأعمال التي تهدف إلى نمذجة الأثر الاقتصادي والبيئي لمشاريع إنتاج غاز الهيدروجين التي تتضمن نشر المحلل الكهربائي.
كتب الباحثون:”نحن ندعو إلى البدء بمطابقة الوقت السنوية على المدى القريب لإسناد الإعفاءات الضريبية لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون في الولايات المتحدة، حيث تشبه الشروط إطار “عدم المنافسة”، يليه الإدخال التدريجي والتخلص التدريجي اللاحق من الوقت بالساعة “مطابقة المتطلبات لأن الشبكة خالية من الكربون بشكل كبير”.
