مع تزايد مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية، يمكن استخدامها لتوليد وقود الهيدروجين بشكل مستدام، لكن تنفيذ مثل هذه الاستراتيجية على نطاق واسع يتطلب تخصيص الأراضي والمياه لهذا الغرض.
تحلل الأبحاث الحديثة التحديات التي ينطوي عليها تلبية سيناريوهات الطلب المختلفة على الهيدروجين بشكل مستدام على أساس كل دولة على حدة.
التحليل الكهربائي هو طريقة لإنتاج الهيدروجين الذي يتضمن تقسيم الماء إلى غاز الأكسجين وغاز الهيدروجين، والذي يمكن تخزينه واستخدامه كوقود أو مادة خام لإنتاج مواد كيميائية مفيدة، ويمكن تشغيل هذه العملية بالوقود الأحفوري مثل الفحم أو الغاز الطبيعي، أو بمصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية، وكلاهما يتطلب مساحة للنشر.
تم نشر النتائج البحثية في Nature Communications بقيادة لورنزو روزا من كارنيجي والباحث الزائر دافيد تونيلي من ULB وUCLovain، حيث يوضح روزا: “اليوم، يستخدم الهيدروجين في الغالب في مصافي التكرير وإنتاج المواد الكيميائية”، “ولكن في المستقبل، يمكن أن يزيد الطلب على الهيدروجين أكثر من خمسة أضعاف، بسبب اعتماد الهيدروجين أو المنتجات المشتقة من الهيدروجين في وسائل النقل، وطرق التدفئة الصناعية، وتقنيات تصنيع الصلب، وهناك فرصة لتلبية هذا الطلب المتزايد من خلال إنتاج الهيدروجين بشكل مستدام”.
ندرة الأراضي أو المياه
وجد هو وتونيلي – اللذان يعملان مع الباحث الزائر في جامعة كارنيجي باولو جابرييلي (من المعهد الفدرالي للتكنولوجيا في زيوريخ)، وكين كالديريا من جامعة كارنيجي، وأليساندرو بارينتي من ULB، وفرانشيسكو كونتينو من جامعة كاليفورنيا في لوفان – أنه بسبب ندرة الأراضي أو المياه، فإن أقل من نصف الطلب المتوقع لعام 2050 على، ويمكن إنتاج وقود الهيدروجين واستخدامه محليا باستخدام طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية.
وقال تونيلي: “إذا نظرت إلى كمية المياه المطلوبة عالميًا لإنتاج ما يكفي من الهيدروجين لتلبية احتياجات البشرية في عام 2050، فستجد أنها 0.6% فقط من المياه المتاحة في العالم”، “ولكن عندما تنظر إلى الإنتاج المحلي للاستخدام المحلي، يمكن أن تكون الصورة مختلفة”.
لقد اتضح أنه في عالم خالٍ من الانبعاثات الكربونية، ستحتاج بعض الدول إلى الاعتماد على استيراد الهيدروجين، في شكل نقي أو في شكل منتجات مشتقة من الهيدروجين، من بلدان أخرى لديها وفرة أكبر من الأراضي وأكثر ملاءمة، موارد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح التي يمكن نشرها لإنتاجها بشكل مستدام بكميات كبيرة.
وجدا روزا وتونيلي أن جنوب أفريقيا، ووسط شرق أفريقيا، وغرب أفريقيا، وأمريكا الجنوبية، وكندا، وأستراليا لديها توافر الأراضي والمياه التي يمكن أن تجعلها قادة محتملين في تصدير الهيدروجين.
وعلى العكس من ذلك، من المرجح أن تحتاج أوروبا الغربية، وترينيداد وتوباجو، وكوريا الجنوبية، واليابان إما إلى استيراد وقود الهيدروجين أو تقليص حجم الإنتاج الصناعي الحالي.
العوامل الاجتماعية والسياسية والاقتصادية
يؤكد الباحثون على أهمية التقييمات الوطنية للموارد التي قد ترغب البلدان في إنفاقها على إنتاج الهيدروجين.
وقال تونيلي: “يشير عملنا إلى البلدان التي لديها الموارد اللازمة لزيادة إنتاج الهيدروجين المستدام للتصدير”، “لكن، بطبيعة الحال، ستحدد العوامل الاجتماعية والسياسية والاقتصادية مدى تركيب تقنيات الطاقة المتجددة وإنتاج الهيدروجين من كل دولة، والذي قد يختلف عما قد يكون ممكنا على الورق”.
يعد هذا البحث جزءًا من برنامج روزا الشامل لاستكشاف الفرص والتحديات عند تقاطع الطاقة والمياه وإنتاج الغذاء، والتي تتأثر جميعها بتغير المناخ والنمو السكاني.
واختتم روزا حديثه قائلا: “بينما نسعى جاهدين للتخفيف من تلوث الغازات الدفيئة والاستعداد للطرق التي سيؤثر بها تغير المناخ على المكان الذي نعيش فيه، وكيفية بناء المجتمعات واستدامتها، وكيف نطعم أنفسنا، فمن الأهمية بمكان أن ندرس بقوة الحلول المناخية المختلفة لفهم الاحتمالات “إنهم يقدمون، فضلا عن أي عواقب غير مقصودة”.
