نویسنده: نیلوفر صالحی علوی، کارشناس ارشد سیستم‌های انرژی 
زمان مطالعه: ۳ دقیقه
عصر جدیدی از اقتصاد هیدروژنی در حال شکل گرفتن است. با بزرگ‌تر شدن سهم انرژی‌های تجدیدپذیر در شبکه برق، هزینه تولید هیدروژن سبز در حال کاهش است و کشورها در حال توسعه برنامه‌های مبتنی‌بر این حامل انرژی هستند. در همین راستا، در این گزارش، شاین ویلت از کمپانی نویگنت (Navigant) روند رو به رشد شناخته شدن هیدروژن به‌عنوان یک عامل قابل‌توجه بالقوه در کربن‌زدایی بخش انرژی، می‌گوید.
بیشتر گفتمان پیرامون “هیدروژن سبز” روی تولید و کاربرد آن مانند الکترولیز (تولید هیدروژن از تجزیه آب توسط جریان برق) و پیل سوختی (فناوری سوختن هیدروژن با اکسیژن به منظور تولید انرژی مفید)، تمرکز دارد. با این وجود، چالش‌های موجود در ذخیره و توزیع هیدروژن نیز باید برای تحقق‌بخشیدن به اقتصاد هیدروژنی، مورد بررسی قرار گیرد. بدون داشتن زیرساخت‌های لازم، پیش‌بینی میزان هیدروژن مورد نیاز برای کربن‌زدایی گسترده کار دشواری‌ست؛ چراکه بخش زیرساخت به طور مشترک با بخش‌های تولید و استفاده از هیدروژن ارتباط برقرار می‌کند. این موضوع در نمودار زیر قابل مشاهده است.
شکل ۱- زنجیره ارزش هیدروژن
هیدروژن قابل رقابت با دیگر گزینههای ذخیره‌سازی انرژی
ارزش هیدروژن به تغییرپذیری آن است. همان طور که جهان به سمت برق تجدیدپذیر حرکت می‌کند، به‌دلیل محدود بودن تکنولوژی‌های ذخیره‌سازی، مشکلات زیادی وجود دارد. باتری‌های لیتیوم یونی برای صنعت بسیار مفید بوده‌اند اما هنوز از نظر مدت قابل استفاده، محدودیت‌هایی دارند. به جای آن که برق را مستقیم در باتری ذخیره کنیم، می‌توانیم از آن برای تولید هیدروژن در یک الکترولایزر استفاده کنیم. به این ترتیب، هیدروژن را می‌توان برای مدت طولانی ذخیره نمود که جزو مزیت‌های هیدروژن نسبت به سایر روش‌های ذخیره‌سازی محسوب می‌شود. این موضوع در گراف زیر نشان داده شده است.
شکل ۲- مدت زمان تخلیه تکنولوژی‌های مختلف ذخیره‌سازی
گزینههای ذخیره‌سازی هیدروژن
یکی از چالش‌های اساسی در ذخیره‌سازی هیدروژن، چگالی آن است. برخلاف چگالی گرانشی (کیلووات ساعت برکیلوگرم)، چگالی حجمی هیدروژن (کیلووات ساعت بر لیتر) پایین است و ذخیره‌سازی مقادیر زیاد آن مشکل است. به همین علت، لازم است هیدروژن تحت فرآیندهایی مانند فشرده‌سازی یا مایع‌سازی تغییر داده شود که هر یک از این دو نیز با چالش‌هایی همراه هستند.
اغلب هیدروژن به‌صورت گازی یا مایع در تانک ذخیره می‌شود که نوع تانک استفاده‌شده بسته‌به محل و نوع استفاده هیدروژن متفاوت است. ماشین‌های الکتریکی دارای پیل سوختی، به‌دلیل محدودیت فضا، از تانک‌های با فشار بالا استفاده می‌کنند، این در حالی است‌که می‌توان در مکان‌هایی بدون محدودیت فضا، از تانک‌های بزرگ‌تر با فشارهای پایین‌تر، استفاده کرد.
با این حال، گزینههای دیگری نیز در حال پدیدارشدن هستند. به‌عنوان مثال، ذخیره‌سازی گاز در غار‌های نمکی یا در چاه‌های نفت تخلیه‌شده، می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی بسیار زیادی را فراهم کند. در حال‌حاضر، کم‌تر از ۱۰ مورد از این امکانات در سراسر جهان وجود دارد، ولی نمونه‌‌هایی مانند پروژه ذخیره‌سازی پیشرفته انرژی پاک در یوتا در حال توسعه است. سایر روش‌های ذخیره‌سازی شامل حامل‌های هیدروژن آلی مایع، آمونیاک، متانول و اشکال شیمیایی دیگر، است.
پیشنهاد مطالعه: رشد سریع ذخیره سازی انرژی نیروگاه های فتوولتاییک در باتری های مقیاس بزرگ
راهکارهای انتقال و توزیع هیدروژن
باتوجه‌به شرایط ویژه لجستیک هیدروژن، معمول است که در محلی که تولید‌شده، مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، در مواردی، انتقال سوخت به هزاران کیلومتر دورتر از محل تولید آن، ضروری و امری هزینه‌بر است.
خطوط لوله، اکثر هیدروژن جهان را منتقل می‌کند، اما روش‌های دیگری نیز مانند حمل‌ونقل جاده‌ای، ریلی و دریایی نیز وجود دارد. با رشد هیدروژن و تبدیل‌شدن آن به یک کالای جهانی، کشتی‌های عظیم باربری نیز، به‌عنوان گزینه‌ای ضروری جهت انتقال هیدروژن معرفی شده‌اند.
خطوط لوله اختصاصی انتقال هیدروژن، ارزان‌ترین و موثر‌ترین راه‌حل برای ذخیره‌سازی و انتقال مقیاس بزرگ آن است. با این‌وجود، در حال‌حاضر، تنها ۱۶۰۰ مایل از خطوط لوله هیدروژن در سراسر آمریکا وجود دارد. بیشتر این خطوط لوله در خلیج گلف در جنوب آمریکا واقع شده‌اند. در حالی‌که این ۱۶۰۰ مایل بزرگ‌ترین شبکه خط لوله هیدروژن در دنیاست، آمریکا برای توسعه اقتصاد هیدروژنی، نیاز دارد تا شبکه خط لوله هیدروژن خود را گسترده‌تر کند. به‌جای ایجاد خطوط لوله جدید، که خود کار چندان راحتی نیست، تزریق هیدروژن به شبکه گاز طبیعی توسط بسیاری از کارشناسان به‌عنوان یک راه‌حل جایگزین پیشنهاد شده است. آمریکا دارای بیش از ۳۰۰ هزار مایل خط لوله برای انتقال گاز طبیعی (با احتساب خطوط لوله گاز در آب‌ها) و ۲.۱ میلیون مایل خط لوله توزیع گاز، است.
استفاده از شبکه گاز طبیعی نیز با چالش‌هایی همراه است. در برخی موارد برای انتقال گاز هیدروژن با خلوص بالا، لازم است که خطوط لوله، مقاوم‌سازی شوند. از مشکلاتی که پیرامون مقاوم‌سازی لوله‌ها وجود دارد، می‌توان به ارزیابی و ارتقا نفوذناپذیری آنها (به دلیل احتمال بالای نشت هیدروژن) و نیاز به فشرده‌سازی اشاره کرد.
در همین راستا، سازگاری مصرف‌کننده‌های نهایی با گاز هیدروژن نیز یکی از موارد تمرکز است. وسایل خانگی مانند آب‌گرمکن‌ها و اجاق‌های گاز فقط می‌توانند یک میزان خاصی از هیدروژن در سوخت مصرفی خود، قبل از تغییر سیستم آنها، تحمل کنند. همچنین، به‌دلیل احتمال بیشتر شعله‌ور شدن هیدروژن نسبت به سوخت‌های دیگر، ملاحظه‌های ایمنی نیز باید مورد توجه قرار گیرند.
چشم انداز هیدروژن سبز
زنجیره ارزش هیدروژن پیچیده است، و این زنجیره با حرکت به‌سمت هیدروژن سبز، پیچیده‌تر نیز می‌شود. اگرچه، در حال‌حاضر، بازارهای محلی و منطقه‌ای هیدروژن تاسیس شده‌اند. برای توسعه استفاده از این حامل انرژی در بازارهایی نظیر حمل و نقل، تولید برق و گرمایش، اقتصاد هیدروژنی نیازمند سرمایه‌گذاری‌های عظیم در زیرساخت‌های موجود و البته جدید، است. استفاده از موقعیت و جذابیت فعلی ایجادشده برای بکارگیری هیدروژن، به‌منظور تامین سرمایه‌های مورد نیاز برای توسعه زیرساخت‌های لازم، می‌تواند به تغییر جهانی جریان انرژی، سرعت بخشد.
منبع: pv-magazine
دیدگاهتان را بنویسید