خبراء ينتقدون صناعة الهيدروجين الأخضر.. فكرة سيئة وإهدار للطاقة النظيفة

 كتبت: حبيبة جمال

بدأت  شركة Florida Power & Light عملياتها في Cavendish NextGen Hydrogen Hub، وهي واحدة من أولى مرافق الهيدروجين الأخضر في الولايات المتحدة. وسيستخدم المشروع الذي تبلغ طاقته 25 ميجاوات الطاقة الشمسية لتقسيم الماء إلى ذرات أكسجين وهيدروجين، ثم مزج هذا الهيدروجين في الغاز الأحفوري المستخدم لتشغيل توربينات توليد الكهرباء.

إنها واحدة من المحاولات الأولى التي تقوم بها إحدى المرافق الأمريكية للحد من الانبعاثات باستخدام الهيدروجين الأخضر، وهو الوقود الذي يعاني من نقص في المعروض اليوم ولكن يتوقع الخبراء أنه سيلعب دورًا مهمًا في إزالة الكربون من الصناعات الثقيلة.

وتعلق العديد من المرافق الأمريكية آمالًا مماثلة على الهيدروجين الأخضر كوسيلة لمساعدة قطاع الطاقة على الوصول إلى مستقبل منخفض الكربون أو خالٍ من الكربون، على سبيل المثال، تقول FPL أن مشروع الهيدروجين الأخضر الجديد سيساعدها على “تقييم جدوى الهيدروجين الأخضر على المدى الطويل” كجزء من هدف الشركة الأم FPL NextEra المتمثل في القضاء على انبعاثات الكربون من عملياتها بحلول عام 2045.

فكرة سيئة

ولكن وفقًا لخبراء الطاقة، فإن تحويل الطاقة النظيفة إلى هيدروجين لاستخدام هذا الهيدروجين لتوليد المزيد من الكهرباء لاحقًا يعد فكرة سيئة في معظم الحالات.

مصدر القلق الرئيسي هو أن العملية ستؤدي في نهاية المطاف إلى إهدار كميات هائلة من الطاقة النظيفة – والهيدروجين الأخضر الأكثر قيمة بكثير للاستخدام بطرق أخرى – في السعي لتحقيق وهم خالٍ من الكربون.

وهذه مشكلة، لأن العديد من المرافق، بما في ذلك FPL، تستخدم هذه الخطط كمبرر لمواصلة الاستثمار في محطات توليد الطاقة الجديدة التي تعمل بالغاز الأحفوري، على الرغم من أن تحويل تلك البنية التحتية من حرق الغاز الأحفوري إلى حرق الهيدروجين سيكون مكلفًا.

المشكلة الأساسية تكمن في قوانين الفيزياء. يتم فقدان ما بين 50 إلى 80 بالمائة من قيمة الطاقة للكهرباء النظيفة في عملية صنع الهيدروجين ومن ثم حرقه لتوليد الكهرباء.

تحدث بعض هذه الخسائر في عملية التحليل الكهربائي، والتي تبلغ كفاءتها حوالي 70 إلى 75 بالمائة. لكن نصيب الأسد من الخسائر يأتي من حرق الهيدروجين لتشغيل مولد، وهي عملية تصل كفاءتها في أحسن الأحوال إلى 64% تقريبًا باستخدام أحدث توربينات الغاز ذات الدورة المركبة، ويمكن أن تنخفض إلى 35 إلى 42% من الكفاءة في توربينات الاحتراق الأقدم.

لذا، ما لم يكن من الممكن استخدام الكهرباء النظيفة في شكلها الأصلي، فمن الأفضل دائمًا تقريبًا تجنب العملية المهدرة لاستخدامها لإنتاج الهيدروجين الذي يستخدم لتوليد الكهرباء لاحقًا.

لقد تم التأكيد على هذه النقطة مرارًا وتكرارًا من قبل أحد الخبراء البارزين في العالم في مجال أنظمة الطاقة النظيفة، وهو مايكل ليبريش، رئيس شركة ليبريش أسوشيتس ومؤسس BloombergNEF.

سلم الهيدروجين النظيف

لقد صنف   ليبريش “سلم الهيدروجين النظيف” الذي تم توزيعه على نطاق واسع باستمرار “موازنة نظام الطاقة” – وهو النشاط الذي من المرجح أن تؤديه محطات الطاقة التي تعمل بالغاز التابعة لشركة FPL – كأحد التطبيقات الأقل تنافسية للهيدروجين الأخضر من حيث التكلفة والتكلفة. القدرة على خفض الكربون.

ويقول خبراء الطاقة إن البلاد ستحتاج إلى ملايين الأطنان من الهيدروجين منخفض الكربون إلى الصفر لاستبدال ملايين الأطنان من الهيدروجين المشتق من الغاز الأحفوري المستخدم الآن في التكرير وإنتاج الأسمدة والمواد الكيميائية، وكذلك لتزويد الصناعات الثقيلة بالوقود بما في ذلك الشحن، والطيران وصناعة الصلب وإنتاج الأسمنت.

ولكن “في نظام الطاقة، لن تستخدم الهيدروجين بشكل روتيني لتوليد الطاقة لأن خسائر الدورة – الانتقال من الطاقة إلى الهيدروجين الأخضر، وتخزينه، وتحريكه ثم استخدامه لتوليد الكهرباء – هي ببساطة كبيرة جدًا”.

إن بطاريات الليثيوم أيون القادرة على تخزين الطاقة النظيفة الزائدة لساعات في المرة الواحدة بكفاءة تصل إلى 80 إلى 85 في المائة تقريبًا ذهابًا وإيابًا، والبرمجيات وهياكل الدفع التي تشجع المباني على تقليل، والتحول عند استخدام الكهرباء، لتقليل الطلب على الطاقة ببساطة كن أرخص وأبسط من الهيدروجين عندما يتعلق الأمر بموازنة الطاقة على المدى القصير.

 وقد تردد صدى انتقادات ليبريش في عدد من التحليلات الأخرى في السنوات الأخيرة.

انتقادات الهيدروجين

أحد الأمثلة على ذلك هو تقرير عام 2022 الصادر عن مؤسسة ابتكار الطاقة البحثية ومقرها سان فرانسيسكو، والذي خلص إلى أن العديد من حالات استخدام الهيدروجين الأخضر التي تقترحها المرافق غير عملية اقتصاديًا وبيئيًا – بل وتؤدي إلى نتائج عكسية.

وتشمل هذه الخطط خططًا مثل مشروع FPL الجديد، حيث يتم مزج كميات متزايدة من الهيدروجين مع الغاز الأحفوري لتحل محله – وفي نهاية المطاف استبداله – لاستخدامه في توليد الطاقة.

يتم استخدام هذه الفكرة من قبل العديد من المرافق لتبرير الاستثمار في محطات توليد الطاقة الجديدة بالغاز الأحفوري، بما في ذلك FPL، ومرفق ساحل الخليج Entergy، ومرفق Southeast Duke Energy، ومرفق بلدية لوس أنجلوس العملاق التابع لوزارة المياه والطاقة.

على الرغم من أن حرق مزيج الهيدروجين والغاز الأحفوري قد يكون ممكنًا من الناحية الفنية، إلا أنه ليس حلاً قابلاً للتطبيق على نطاق واسع لتحديات الانبعاثات في قطاع الطاقة، حسبما قال دان إسبوزيتو، محلل سياسات ابتكارات الطاقة، لموقع Canary Media.

في الواقع، فإن مزج الهيدروجين خلال المسار المعتاد لعمليات محطة الغاز الأحفوري يخاطر بتحويل الهيدروجين الخالي من الكربون من استخدامه، حيث تكون هناك حاجة إليه حقًا إلى تطبيق، حيث يكون للهيدروجين فرصة ضئيلة أو معدومة ليكون فعالاً من حيث التكلفة على المدى الطويل، كما قال. .

واليوم، لا تنتج الولايات المتحدة أي هيدروجين “أخضر” تقريبًا، وهو الهيدروجين الذي يتم تصنيعه عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام طاقة خالية من الكربون.

يعد الهيدروجين الأخضر حاليًا أكثر تكلفة بثلاث مرات تقريبًا من إنتاج الهيدروجين عبر إصلاح غاز الميثان بالبخار من الغاز الأحفوري – طريقة “الهيدروجين الرمادي” المستخدمة لإنتاج الغالبية العظمى من إمدادات اليوم.

يعد تقليل فرق التكلفة بين الهيدروجين الأخضر والهيدروجين الرمادي هدفًا رئيسيًا لإدارة بايدن، التي أطلقت مبادرة Hydrogen Shot التي تهدف إلى خفض سعر الهيدروجين النظيف إلى دولار واحد للكيلوغرام الواحد في العقد المقبل، مقارنة بتكلفة اليوم البالغة 5 دولارات إلى 6 دولارات للكيلوغرام الواحد.

إنه أيضًا هدف الحصول على 9.5 مليار دولار من المنح والحوافز الفيدرالية من قانون البنية التحتية الحزبي لعام 2021. لكن الأمر الأكثر أهمية هو الائتمان الضريبي الذي قد يغير قواعد اللعبة، والذي أنشأه قانون خفض التضخم في العام الماضي، والذي يصل إلى 3 دولارات لكل كيلوجرام للهيدروجين المصنوع من انبعاثات كربونية من الصفر إلى منخفضة للغاية.