الأسباب الحقيقية لتحديات إنتاج الهيدروجين الأخضر الخالي من الانبعاثات.. فكر في التكلفة أولا والنقل ثانيا والأمان ثالثا

عندما تبدأ ألوان الهيدروجين في التشويش، لن يكون الاختيار بين الأخضر والأزرق أمرًا سهلاً، ومع ذلك، يبدو أن الهيدروجين الأخضر هو الفائز، يتم تصنيع الهيدروجين الأخضر من الماء باستخدام المحللات الكهربائية التي تعمل بالطاقة المتجددة، ويوفر إمكانية إنتاج هيدروجين خالٍ من الانبعاثات، إنها باهظة الثمن اليوم، لكن الابتكار والتوسع من شأنه أن يجعلها مصدرًا تنافسيًا للطاقة بحلول أوائل ثلاثينيات القرن الحالي.

نظرًا لأن الهيدروجين البني يتكون من الفحم، ويتم إنشاء الهيدروجين الرمادي والأزرق من الغاز الطبيعي مع احتجاز ثاني أكسيد الكربون المنبعث، فإن التصور الشائع هو أن اللون الأخضر سيهيمن على خريطة ألوان إمدادات الهيدروجين المستقبلية، مما يمسح الأرضية من التكاليف وكثافة الكربون.

ولكن هل يتم تقطيعها وتجفيفها؟ حدد تقرير حديث صادر عن شركة وود ماكنزي – فوق قوس قزح: لماذا يتفوق فهم كثافة الكربون في سلسلة القيمة الكاملة على لون الهيدروجين – أربعة عوامل تؤدي إلى تعقيد صعود الهيدروجين الأخضر الذي يجب على المطورين والمشترين المحتملين أن يكونوا على دراية به.

1. هناك ظلال من الهيدروجين الأخضر

أولاً، يحتوي الهيدروجين الأخضر الحقيقي على كثافة كربون منخفضة جدًا، عادةً ما تتراوح بين صفر و0.5 كجم من مكافئ ثاني أكسيد الكربون/كجم H2. وهذا أقل بـ 20 مرة من اللون الأزرق، وأقل بـ 50 مرة من اللون الرمادي، وأقل بـ 100 مرة من اللون البني. ولكن هذا لن يحدث إلا إذا تم إنتاج الهيدروجين الأخضر باستخدام الطاقة المتجددة – كما أن تقلب الطاقة الشمسية وطاقة الرياح يقلل بشكل حاد من استخدام المحلل الكهربائي، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف.

الحل الذي يعمل على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع هو توصيل المحلل الكهربائي بالشبكة المحلية أثناء فترة توقف مصادر الطاقة المتجددة لتحقيق أقصى استفادة من المحلل الكهربائي.

في وهنا تكمن المشكلة. معظم الشبكات بعيدة كل البعد عن الصفر، لذا فإن استخدام طاقة الشبكة سيزيد من كثافة الكربون في الهيدروجين الأخضر المنتج، وفقًا لحساباتنا، فإن الهيدروجين الإلكتروليتي المنتج من طاقة الشبكة بنسبة 100% يمكن أن يحتوي على كثافة كربون أعلى من الهيدروجين البني.

تكنولوجيا المحلل الكهربائي مهمة أيض، وتهيمن الصين على القدرة التصنيعية العالمية، ولكن المحللات الكهربائية القلوية المفضلة لديها تحتاج إلى حمل كهربائي مستمر لتظل ضمن حدود السلامة، وهو ما يؤدي حتما إلى ارتفاع الانبعاثات.

تسمح تقنية غشاء تبادل البروتون (PEM)، التي يفضلها مصنعو المعدات الأصلية الغربية (OEMs)، للمطورين بعكس إنتاج الهيدروجين لتوليد الطاقة المتجددة.

ومكمن القلق هنا هو أن ينتهي بنا الأمر إلى سوق عالمية ذات مستويين، حيث تعمل شركات تصنيع المعدات الأصلية الصينية على دفع المحللات الكهربائية القلوية منخفضة التكلفة لاقتطاع حصة من السوق في البلدان التي لديها قواعد أقل صرامة بشأن الانبعاثات.

2. يمكن أن يكون توفر PPA محدودًا لمطوري الهيدروجين الأخضر

وثانيا، يحاول صناع السياسات وضع قواعد ــ وحوافز ــ للتصديق على أن جزيء الهيدروجين الأخضر القادم إلى السوق يفعل ما يقوله، وضع الاتحاد الأوروبي قيودًا صارمة على استخدام المحللات الكهربائية المتصلة بالشبكة.

وفي الولايات المتحدة، تعتمد القواعد المتعلقة باستخدام طاقة الشبكة ومصادر الطاقة المتجددة في المحللات الكهربائية، والتي تحدد أهلية الإعفاء الضريبي، على كثافة الكربون، أما الأسواق الأخرى – بما في ذلك اليابان وأستراليا والهند – فهي متخلفة.

الخيار الواضح في أي سوق هو أن يقوم المطور بشراء طاقة خضراء بنسبة 100% من خلال اتفاقيات شراء الطاقة (PPAs). ومع ذلك، يجد المطورون أن اتفاقيات شراء الطاقة بالحجم والمدة المطلوبة غير متوفرة اليوم في معظم أسواق الطاقة.

3. يجب أن تؤخذ في الاعتبار الانبعاثات الناتجة عن نقل الهيدروجين ومعالجته

ثالثًا، لا تقتصر الانبعاثات الناتجة عن الهيدروجين الأخضر على عملية الإنتاج، وسيتم إنتاج إمدادات الهيدروجين المستقبلية المتداولة عالميا في البلدان الغنية بمصادر الطاقة المتجددة، مثل مصر،والمملكة العربية السعودية وأستراليا، ثم تصديرها إلى مراكز الطلب الكبيرة في أوروبا وشمال آسيا، وبمجرد إضافة تحويل الهيدروجين وضغطه ونقله وإعادة تحويله إلى المعادلة، تصبح كثافة الانبعاثات لعبة كرة جديدة تمامًا.

ولشحن الهيدروجين، ذو الكثافة المنخفضة، عن طريق البحر، فلا بد من ضغطه أو تسييله، أو تحويله إلى مشتقات، مثل الأمونيا أو الميثانول، وهي بالفعل شحنات شائعة في التجارة البحرية. يشير تحليلنا إلى أن تخليق الأمونيا وشحنها وتكسيرها سيضيف 20% إلى 25% أخرى إلى كثافة انبعاثات معظم الهيدروجين الأخضر والأزرق المخصص للتصدير.

4. قد تعني معايير كثافة الكربون أن الوقت قد حان للتغلب على ألوان الهيدروجين

رابعا، القواعد المتعلقة بكثافة الكربون في الشبكات وسلسلة قيمة النقل تعكر صفو المياه فيما يتعلق بما يشكل الهيدروجين الأقل كثافة من الكربون. والرهان المؤكد هو استخدام الهيدروجين الأخضر المعتمد على مصادر الطاقة المتجددة بنسبة 100%، والذي يقل عن سقف الكثافة المسموح به في الاتحاد الأوروبي والذي يبلغ 3.4 كيلوجرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوجرام من الهيدروجين، ومع ذلك، فإن هذا المعيار يتجاوز معظم المطورين، ولا يمكن إلا للنرويج الغنية بالطاقة المائية أن تضمن استخدام مصادر متجددة بنسبة 100٪ على نطاق واسع.

من المرجح أن تضطر معظم مشاريع الهيدروجين الأخضر في الشرق الأوسط والولايات المتحدة وأستراليا إلى استخدام الشبكة المحلية للحصول على بعض الطاقة على الأقل. مع الأخذ في الاعتبار الأمونيا والشحن، فإن مشاريع الهيدروجين الأخضر هذه لن تتجاوز عتبة الاتحاد الأوروبي فحسب، بل من المحتمل أن تكون لها كثافة كربونية مماثلة أو أعلى من مشاريع الهيدروجين الأزرق في نفس البلد.

يوفر الهيدروجين الإلكتروليتي إمكانية توفير طاقة خضراء حقيقية. ولكن كما يظهر تقريرنا ، فإن الطريق إلى الصفر من الانبعاثات سيكون طويلا ووعرا بالنسبة لصناعة الهيدروجين الأخضر المزدهرة. ستؤثر الجهود المبذولة لتقليل كثافة الكربون من خلال سلسلة القيمة على التكاليف والأهلية للحصول على الإعانات. ويجب أن تكون زيادة الوصول إلى الطاقة المتجددة من خلال اتفاقيات شراء الطاقة الخضراء هي نقطة البداية.