الهيدروجين هو تقنية طاقة نظيفة أساسية لإزالة الكربون من الاقتصاد العالمي، تشير التحليلات من Evolved Energy و IEA إلى أن الهيدروجين يلعب دورًا أساسيًا في تنظيف الصناعات الثقيلة المتسخة.
كما يتدفق رأس المال لتنظيف الهيدروجين،حيث أعلن القطاع الخاص في الكثير من الدول بجانب الحكومات عن مئات المليارات من الدولارات في استثمارات جديدة في المشاريع، ويدعم التشريعات الحكومية ونظم الحوافز الجديدة في مختلف الدول مثل الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي والهند والصين ، وعدد من الدول الإفريقية المليارات من التمويل لتفعيل اقتصاد الهيدروجين النظيف.
فما سبب أهمية هذا الاهتمام العالمي بالهيدروجين النظيف؟
أولاً، ما هو الهيدروجين؟
الهيدروجين (H) في كل مكان. في الواقع ، إنه العنصر الأكثر وفرة في الكون، مصنوعًا من الهيدروكربونات ، تستضيف بلايين من هذه الذرات! لكن الحصول عليها بشكل مفيد (H2) يتطلب بعض العمل (والطاقة).
بالنسبة لغير المهووسين بالكيمياء ، H2 هو ما نحصل عليه عندما تترابط ذرتان من الهيدروجين معًا ويصبحان جزيء هيدروجين أكثر استقرارًا، هذه الرابطة هي “حاملة الطاقة” لـ H2.
على الرغم من أنه يمكن العثور على H2 في الطبيعة، كقاعدة عامة، مًا القيام بذلك (وسنحتاج إلى ذلك في المستقبل المنظور)، H2 خفيف بشكل لا يصدق ، “طاقة كيميائية نقية” سترى سبب أهمية ذلك.
هناك عدة طرق لصنع الهيدروجين، ولكل طريقة تأثيرات اقتصادية وانبعاثات وبيئية مختلفة.
في الوقت الحال ، فإن أهم الأساسيات القائمة عبر هذه الطرق المتنوعة، يمكننا إنتاج الهيدروجين النظيف دون انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، علاوة على ذلك ، جعلت التشريعات الفيدرالية للتو إنتاج الهيدروجين النظيف منافسًا من حيث التكلفة مع إنتاج الهيدروجين التقليدي كثيف الانبعاثات، لذا بما أننا نستطيع صنعه – ونعلم أنه سيتم صنع الكثير في المستقبل – فكيف سنستخدمه؟
لماذا نحتاج الهيدروجين النظيف؟
هنا في شركة Breakthrough Energy ، نفكر في فرصة إزالة الكربون من خلال إطار التحديات الخمسة الكبرى: أي كيف يمكننا بسرعة القضاء على الانبعاثات الناتجة عن كيفية زراعة الطعام ، والتنقل، وتسخين المباني وتبريدها، وصنع الأشياء، وإبقاء الأضواء مضاءة.
بالنسبة للعديد من المناطق، ستكون الإجابة هي استبدال الوقود المتسخ بكهرباء نظيفة، هذه الاستراتيجية ممكنة بسبب زيادة القدرة على تحمل تكاليف الكهرباء الخالية من الكربون، حيث انخفضت تكاليف مصادر الطاقة المتجددة وتخزين الطاقة ونما الاستثمار في مصادر الطاقة النظيفة مثل الطاقة النووية المتقدمة والطاقة الحرارية الأرضية، لا يمكن للكهرباء وحدها أن تزيل الكربون تمامًا من تحدياتنا الخمسة الكبرى.
المجالات الحرجة
هذا هو المكان الذي يأتي فيه الهيدروجين، هناك بعض المجالات الحرجة التي تفتقر حاليًا إلى مسار قابل للتطبيق للكهرباء لحل المشكلة بالكامل، البعض ، مثل قطاعات النقل الثقيل مثل الشحن والنقل بالشاحنات لمسافات طويلة والطيران ، لا يمكن تزويدها بالكهرباء الكاملة، بسبب حدود تقنيات البطاريات، لذلك سنحتاج إلى استبدال الوقود المتسخ بأخرى نظيفة يتم تمكينها بواسطة الهيدروجين، أو باستخدام الهيدروجين مباشرة.
وفي أجزاء من الاقتصاد تدور حول استخدام المواد الكيميائية أو إنتاجها، مثل البلاستيك أو الأسمدة أو تصنيع الصلب، تحتاج إلى جزيء مثل الهيدروجين لإنتاج التفاعلات الكيميائية الضرورية التي تخلق المنتج النهائي.
الإلكترونات رائعة، لكن في بعض الأحيان تحتاج إلى جزيء لإنجاز المهمة، هذا هو السبب في أن الكهرباء النظيفة والهيدروجين النظيف يكملان بعضهما البعض مثل زبدة الفول السوداني والهلام، ببساطة ، لا توجد طريقة للوصول إلى صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050 بدون كليهما.
كيف يمكن استخدام الهيدروجين؟
اليوم، يستخدم الهيدروجين بشكل أساسي كمادة كيميائية لإنتاج الأمونيا للأسمدة وفي الإنتاج الكيميائي والتكرير، استبدال الهيدروجين القذر الذي نستخدمه الآن بنسخة خالية من الكربون من شأنه أن يقلل الانبعاثات العالمية بنسبة 1.6٪ . في حين أن هذا أمر مهم ، فإن إمكانات الهيدروجين النظيف كأداة لإزالة الكربون تتجاوز الأسمدة والتكرير.
في خطر أن يبدو وكأنه سجل مكسور ، يمكن أيضًا أن يكون الهيدروجين النظيف هو إجابتنا للتطبيقات التي لا توجد فيها بدائل نظيفة أخرى.
دعنا نلقي نظرة على مثالين.
تصنيع الصلب
يعتمد صنع الفولاذ اليوم على كميات هائلة من الوقود الأحفوري ، وإنتاج الصلب في الولايات المتحدة ، بينما هو أنظف من الإنتاج في البلدان الأخرى ، يولد 67 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنويًا . يمكن استخدام الهيدروجين النظيف لتقليل الحديد المستخدم في صناعة الصلب بشكل مباشر ، وكمصدر للحرارة ، وكلاهما يمكن أن يقلل بشكل كبير من الانبعاثات بنسبة تصل إلى 97٪ في هذه الصناعة كثيفة الكربون والتي تعتبر ضرورية للحياة اليومية ، من السيارات والمباني إلى الألواح الشمسية وتوربينات الرياح.
طيران
وقود الطائرات التقليدي هو شكل عالي النقاء من نفس النفط الخام المستخدم في صناعة البنزين. يمثل الطيران التجاري حاليًا 2.4٪ من انبعاثات الكربون العالمية، وهو في ازدياد فقط. يُظهر الهيدروجين الكثير من الأمل كوقود بديل للطائرات ، سواء تمت معالجته من خلال خلية وقود أو يتم حرقه مباشرة ، خاصة للرحلات قصيرة ومتوسطة المدى.
يتمثل الطموح على المدى الطويل ، كما هو موضح أدناه ، في الجمع بين الهيدروجين ومصدر مستدام للكربون (بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون المحتجز) لإنتاج وقود طيران مستدام يمكن معالجته بواسطة الطائرات الحارقة للوقود الأحفوري.
على الرغم من الحاجة إلى مزيد من الابتكار لخفض تكاليف هذه العملية ، فإن القيام بذلك يمكن أن يقلل الانبعاثات مقارنة بوقود الطائرات الأحفوري بنسبة 75٪ إلى 99٪وسيسمح لنا بمواصلة استخدام الطائرات والبنية التحتية الموجودة اليوم.
بخلاف الطيران والصلب والأسمدة ، يعتبر الهيدروجين النظيف مفيدًا في هذه التطبيقات الأخرى أيضًا:
المواد الكيميائية الصناعية: يمكن دمج الهيدروجين مع مصدر كربون مستدام لصنع مواد بلاستيكية ومواد كيميائية نظيفة تستخدم في صناعة الطلاء والأقمشة والمستحضرات الصيدلانية ، من بين أشياء أخرى.
النقل بالشاحنات والشحن لمسافات طويلة: بالمثل ، يمكن للهيدروجين أن يصنع وقودًا كثيف الطاقة لنقل البضائع عبر القارات والمحيطات ، خارج نطاق البطاريات.
تخزين الطاقة طويل الأمد: يمكننا توفير طاقة الرياح والطاقة الشمسية كهيدروجين لأشهر في كل مرة وإعادة نشرها ككهرباء (بشكل مثالي باستخدام خلية وقود أو طريقة أخرى خالية من الكربون لإعادة H2 إلى كهرباء) عندما لا تكون الشمس مشرقة والرياح لا تهب، بهذه الطريقة ، يمكن للهيدروجين أن يلبي حاجة ماسة لتخزين الطاقة الموسمية.
الخط السفلي: عندما نفكر في حل مشكلة تغير المناخ ، لا يوجد حل واحد يساعدنا على تحقيق أهدافنا. الهيدروجين هو واحد من عدة قطع لأحجية إزالة الكربون. يجب أن نعطي الأولوية لاستخدامها عندما لا تكون الكهرباء ممكنة وتكون إمكانات إزالة الكربون فيها أعلى.
مثل العديد من التقنيات النظيفة الأخرى (بما في ذلك الكهرباء النظيفة!) ، نحن لا نتحدث فقط عن شيء واحد ، ولكن عن نظام كامل – من الإنتاج والتوصيل إلى التخزين والاستخدام – المرتبط بإزالة الكربون.
