كل ما تحتاج لمعرفته عن دور الهيدروجين في الانتقال الطاقة النظيفة

كتبت :حبيبة جمال

لا يمكنك رؤيته أو لمسه، ولكنه موجود في كل ما تراه وتلمسه، نتحدث عن الهيدروجين – العنصر الأكثر وفرة في الكون – وإمكانياته كوقود انتقالي للطاقة ، والذي يولد الكثير من الإثارة في صناعة الطاقة وخارجها.

إذا كنت تتساءل عن سبب كثرة الحديث عن الهيدروجين مؤخرًا، وما هو استخدامه وإمكاناته للمساعدة في تحقيق أهداف المناخ ، فتابع القراءة.

ماهو الهيدروجين ولماذا هو مهم؟

التشغيل على نطاق واسع، يمكن أن يلعب الهيدروجين النظيف والوقود القائم على الهيدروجين دورًا رئيسيًا في الجهود المبذولة لإزالة الكربون من نظام الطاقة العالمي، إلى جانب تقنيات مثل مصادر الطاقة المتجددة وحلول التقاط الكربون واستخدامه وتخزينه.

كجزء من سيناريو صافي الانبعاثات الصفرية 2021-2050 ، يمكن أن تتجنب أنواع الوقود المعتمدة على الهيدروجين والهيدروجين ما يصل إلى 60 جيجا طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحلول منتصف القرن – ما يعادل 6٪ من إجمالي التخفيضات التراكمية للانبعاثات ، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية (IEA) ).

استخدامات الهيدروجين

إذن لماذا هناك الكثير من الجدل حول فوائد الهيدروجين كوقود انتقالي للطاقة؟

جزء من السبب هو قدرة الهيدروجين على المساعدة في إزالة الكربون من قطاعات مثل توليد الطاقة والنقل، وبعض الصناعات الثقيلة.

في حين أن نمو طاقة الرياح والطاقة الشمسية وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة أمر حيوي لانتقال الطاقة العالمي ، فإن مصادر الطاقة النظيفة هذه تعاني من التقطع ، نقص في الرياح أو أشعة الشمس التي يمكن أن تترك فجوة في إمدادات الكهرباء.

لهذا السبب ، هناك حاجة لوقود الحمل الأساسي لتوليد الطاقة عند الطلب للتعويض عندما يكون الإنتاج من المصادر المتجددة منخفضًا أو لزيادة العرض خلال فترات ذروة الطلب على الكهرباء.

هذا هو المكان الذي يأتي فيه الوقود مثل الهيدروجين منخفض الكربون أو بدونه.

وبالمثل، يمكن للهيدروجين أن يساعد في إزالة الكربون من قطاعات النقل الثقيل التي يصعب تحويلها إلى كهرباء مثل الشحن والسكك الحديدية والحافلات.

تشير مراجعة الهيدروجين العالمية لعام 2022 الصادرة عن وكالة الطاقة الدولية إلى علامات إيجابية للتقدم في هذا المجال مؤخرًا، حيث بدأ تشغيل أول أسطول من القطارات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين في ألمانيا، على سبيل المثال.

أكثر من 100 مشروع تجريبي وإرشادي قيد التنفيذ باستخدام الهيدروجين أو مشتقاته لتزويد الشحن بالوقود.

يتم إبداء اهتمام كبير بهذه الأنواع من الوقود، مع وجود العديد من الشراكات الإستراتيجية داخل قطاع الشحن الذي يحرص على الحد من انبعاثاته في مواجهة القيود التنظيمية الأكثر صرامة التي تفرضها المنظمة البحرية الدولية (IMO) على مالكي ومشغلي الأساطيل.

بعض الصناعات الثقيلة حريصة أيضًا على احتضان إمكانات إزالة الكربون من الهيدروجين.

بعد مرور عام على إنتاج المشاريع التجريبية الأولى للصلب “الأخضر” النظيف باستخدام الطاقة المتجددة ، تم الإعلان عن سلسلة من مشاريع الصلب الجديدة التي ستستخدم الهيدروجين الخالي من الانبعاثات في التخفيض المباشر للحديد.

قوس قزح الهيدروجين

من المهم ملاحظة، أنه لا يتم إنشاء جميع أنواع الهيدروجين بشكل متساوٍ. على الرغم من كونه غازًا عديم اللون، إلا أن الهيدروجين موصوف بألوان قوس قزح ، كل منها يمثل طريقة مختلفة للإنتاج مع انبعاثات انبعاثاتها الخاصة.

ومع ذلك، فهذه هي الألوان الثلاثة الرئيسية للهيدروجين:

الرمادي – الهيدروجين الناتج عن احتراق الغاز الطبيعي الذي ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. (تنبعث هذه الطريقة أقل من الهيدروجين الأسود أو البني المنتج باستخدام أنواع مختلفة من الفحم.)

أزرق – هيدروجين منخفض الكربون ينتج عن احتراق الوقود الأحفوري، ولكن باستخدام تقنية احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه ، مما يزيل معظم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من غازات المداخن.

الأخضر – الهيدروجين الخالي من الانبعاثات المنتج باستخدام محلل كهربي يعمل بالطاقة المتجددة.

يتم إنشاء الجزء الأكبر من الهيدروجين المستخدم اليوم باستخدام الوقود الأحفوري ، الذي ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ويساهم في أزمة المناخ.

في عام 2021 ، شكل الغاز الطبيعي حوالي 60٪ من إجمالي الإنتاج مع الفحم الذي يمثل حوالي 20٪ ، كما تشير وكالة الطاقة الدولية.

بلغ الطلب على الهيدروجين 94 مليون طن في عام 2021 ، تحتوي على طاقة تعادل حوالي 2.5 ٪ من الاستهلاك النهائي للطاقة العالمي.

يمثل إنتاج الهيدروجين منخفض الانبعاثات أقل من مليون طن.

توليد مستقبل هيدروجين نظيف

سوق الهيدروجين ينمو. بلغ الطلب 94 مليون طن في عام 2021 ، تحتوي على طاقة تعادل حوالي 2.5 ٪ من الاستهلاك النهائي العالمي للطاقة ، ارتفاعًا من إجمالي ما قبل الجائحة البالغ 91 مليون طن في عام 2019 ، وفقًا لأرقام وكالة الطاقة الدولية.

في حين أن معظم الزيادة جاءت من الوقود الأحفوري ، إلا أن هناك دلائل على حدوث تغيير إيجابي في الأفق مع ارتفاع كبير في مشاريع الهيدروجين منخفضة الكربون التي يجري التخطيط لها ، بما في ذلك العديد منها في مرحلة متقدمة.

إذا تم إحضار جميع المشاريع الحالية عبر الإنترنت، فقد تصل قدرة الهيدروجين منخفضة الكربون بحلول عام 2030 إلى 16-24 مليون طن سنويًا ، حيث يمثل الهيدروجين الأخضر من المحلل الكهربائي 9-14 مليون طن والهيدروجين الأزرق يمثل ما بين 7-10 مليون طن.

في قطاع يتميز بثلاثية من عدم اليقين بشأن الطلب المستقبلي على الهيدروجين ، والأطر التنظيمية غير المتسقة والافتقار إلى البنية التحتية المتاحة لنقل الهيدروجين إلى المتعهدين ، فإن 4 ٪ فقط من المشاريع الجديدة قيد الإنشاء أو اتخذت قرارًا استثماريًا نهائيًا ، يظهر تقرير IEA Hydrogen Review 2022.

في عام 2022 ، تضاعفت سعة المحلل الكهربائي السنوي لتصل إلى 8 جيجاوات ، مما يساعد في مكافحة تغير المناخ.

إذا تم تنفيذ جميع المشاريع الجديدة التي أعلنت عنها الصناعة ، فقد يصل هذا إلى 60 جيجاوات سنويًا بحلول عام 2030.

إذا حدث ذلك جنبًا إلى جنب مع التوسع المخطط في قدرات التصنيع ، فقد تنخفض تكلفة المحلل الكهربائي بنسبة 70 ٪ بحلول عام 2030 ، مقارنة بعام 2022 الأسعار – على غرار الانخفاض الكبير في الأسعار الذي ساعد على تعزيز استخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

وسط علامات التقدم هذه ، هناك أيضًا كلمات تحذير، لا ينمو إنتاج الهيدروجين النظيف بالسرعة الكافية لتلبية صافي الانبعاثات الصفرية لوكالة الطاقة الدولية بحلول عام 2050.

يلزم اتخاذ إجراءات عاجلة لتشجيع المزيد من الاستثمار والحوافز لزيادة العرض وخلق الطلب على الهيدروجين منخفض الكربون عالي التكلفة.