فناوري PtG؛ قطعه‌اي گمشده در پازل توليد انرژي ۱۰۰ درصد تجديدپذير

تاكنون قوانين و مصوبات بسياري در كشورهاي جهان باهدف تأمين ۱۰۰ درصدي برق عاري از كربن تدوين شده است كه آخرين نمونه‌‌ي آن‌‌ها را در ۲۰ انجمن از ايالت‌‌هاي يوتا و ويرجينياي آمريكا شاهد بوده‌‌ايم. اما پرسش اينجا است كه آيا واقعا مي‌‌توان انرژي موردنياز كل اقتصاد مدرن را باكمك انرژي الكتريكي پاك تأمين كرد؟ و اگر چنين چيزي ممكن است، بهترين منابع و فناوري‌‌هاي انرژي براي رسيدن‌‌به اين هدف كدام هستند؟

سال‌‌هاست كه فعالان حوزه‌‌ي انرژي با چنين پرسش‌‌هايي دست‌‌وپنجه نرم مي‌‌كنند، اما از زمان تصويب برنامه‌‌ي محرك اقتصادي پيشنهادي ايالات متحده با نام Green New Deal، مباحث مربوط‌‌به اين حوزه باشدت بيش‌‌تري در محافل سياسي پيگيري مي‌‌شود. حال با تعريف چشم‌‌اندازهاي سخت‌‌گيرانه‌‌تر در كنترل انتشار گازهاي گلخانه‌‌اي، بسياري از حوزه‌‌هاي مختلف اجرايي مي‌‌خواهند پاسخ مناسبي براي اين پرسش‌‌ها بيابند.

در مرحله‌‌ي نخست، بايد نگاهي به مسئله‌‌ي پيش‌‌روي خود بيندازيم: چگونه بايد شبكه‌‌ي برق خود را با حداكثر ظرفيت ممكن از منابع تجديدپذير بهره‌‌برداري كنيم؟

مسئله‌‌ي اصلي، تغييرپذيري است. ميزان توليد انرژي برق درنيروگاه‌‌هاي مبتني‌‌بر سوخت‌‌هاي فسيلي مي‌‌تواند بسته‌‌به ميزان تقاضا به‌راحتي افزايش يا كاهش يابد؛ درحالي‌كه منابع تجديدپذيري مانند انرژي خورشيدي، بادي و برقابي چنين قابليتي ندارند. ميزان توليد اين منابع (به‌‌خاطر ماهيت طبيعي آن‌‌ها) كاملا متغير است. دسترسي به انرژي خورشيدي تنها طي روز و در ساعات غيرابري مقدور است و از سوي ديگر، ميزان وزش باد و بارندگي نيز طي فصول مختلف سال به‌‌شدت نوسان دارد. در كنار همه‌‌ي اين موارد، ميزان توليد از چنين منابعي طي سال‌‌ها و دهه‌‌هاي متوالي غيرقابل پيش‌‌بيني است.

كنترل چنين حجمي از تغييرپذيري در منابع تجديدپذير از عهده‌‌ي اپراتورهاي شبكه‌‌ي برق خارج است؛ بنابراين بايد به‌‌فكر ايجاد نوعي سازگاري‌‌پذيري با اين معضل باشيم. البته تاحدودي مي‌توان نوعي هم‌‌پوشاني ميان منابع انرژي خورشيدي، بادي و برقابي ايجاد كرد. زمان‌‌هايي كه آسمان آفتابي نيست؛ معمولا وزش باد بيش‌‌تر است. بنابراين با برخورداري از يك سيستم انتقال قدرت مناسب، مي‌‌توان انتظار داشت چيزي بين ۶۰ الي ۸۰ درصد از برق كشوري مانند ايالات متحده را باكمك منابع تجديدپذير تأمين كرد. اما اگر بخواهيم از اين هم فراتر برويم، هزينه‌‌ها به‌‌شكل تصاعدي افزايش خواهند يافت. از اين رو، جهان نيازمند به‌كارگيري روشي ديگر براي پركردن اين خلا خواهد بود.

نمودار اردكي‌‌شكل تقاضا براثر منابع تجديدپذير انرژي

اما اشكال اينجا است كه وارد مدار كردن نيروگاه‌‌هاي مبتني‌‌بر گاز و زغال‌‌سنگ با انتشار حجم فراواني از گازهاي گلخانه‌‌اي همراه خواهد بود و از اين‌‌رو، چنين ساختارهايي نمي‌‌توانند بخشي از سياست‌‌هاي شبكه‌‌ي برق پاك تلقي شوند. نيروگاه‌‌هاي هسته‌‌اي نيز به‌‌علت عملكرد كند و پرهزينه‌‌ي خود هنگام تغيير توان خروجي، گزينه‌‌ي چندان مناسبي براي پركردن خلا موجود نخواهند بود (هرچند برخي از هواداران انرژي هسته‌‌اي ممكن است چندان با اين موضوع موافق نباشند).

آيا روشي عاري از كربن نيز براي جبران اين خلا وجود دارد؟

درست در همين نقطه، اختلاف‌‌انديشه متخصصينها آغاز مي‌‌شود. برخي از هواداران انرژي‌‌هاي تجديدپذير اين‌‌گونه استدلال مي‌‌كنند كه اين شكاف بايد با ذخيره‌‌سازي مازاد انرژي تجديدپذير توليدشده جبران شود؛ روشي كه باتوجه‌‌به فناوري فعلي، بيش‌‌تر برمبناي استفاده از بانك‌‌هاي باتري ميسر خواهد بود. اما رسيدن‌‌به ضريب نفوذ ۱۰۰ درصدي بدان معنا است كه تمامي افت‌‌وخيزهاي ميزان تقاضاي انرژي در طي فصول و دهه‌‌هاي آينده را تنها با اتكابه منابع تجديدپذير پوشش دهيم و اين مستلزم به‌‌كارگيري حجم بالايي از باتري‌‌ها است. واضح است كه اتخاذ چنين سازوكاري بدون به‌‌كارگيري ساير روش‌‌هاي ارزان‌‌تر ذخيره‌‌سازي صرفه‌‌ي اقتصادي نخواهد داشت.

اشكالاتي از اين دست باعث شده است برخي افراد چنين استدلال كنند كه دسترسي‌‌به انرژي الكتريكي ۱۰۰ درصد تجديدپذير ممكن نيست. برخي ديگر با همين بهانه، لاخبار تخصصي بهره‌‌برداري از نيروگاه‌‌هاي هسته‌‌اي كوچك را مطرح مي‌‌كنند. عده‌‌اي نيز مي‌‌گويند نيروگاه‌‌هاي گازسوز و زغال‌‌سنگي بايد همچنان در شبكه باقي بمانند؛ با اين شرط كه كربن توليدشده از آن‌‌ها جمع‌‌اوري و دفن شود. گروهي ديگر نيز لاخبار تخصصي حركت به‌‌سوي توليد انرژي از زيست‌‌توده سخن مي‌‌گويند (گزينه‌‌اي كه مي‌‌تواند عملا رؤياي دسترسي به منابع انرژي با فناوري انتشار منفي را نيز ممكن كند).

گرچه به‌‌انديشه متخصصين مي‌‌رسد مباحثه‌‌ها در اين نقطه به بن‌‌بست رسيده‌‌اند؛ اما فناوري تازه‌‌اي اين روزها بر سر زبان‌‌ها افتاده كه مي‌‌تواند نويدبخش ارائه‌‌ي راهكاري مناسب براي معضل تغييرپذيري منابع تجديدپذير باشد؛ فناوري برق-به-گاز يا PtG.

مطالعه‌‌اي تازه نشان مي‌‌دهد كه فناوري PtG مي‌‌تواند اشكال فعلي كاليفرنيا و بسياري از ديگر مناطق جهان را حل كند. با اين فناوري خواهيم توانست به رؤياي تأمين ۱۰۰ درصدي انرژي از منابع تجديدپذير دست يابيم، بدون اينكه هزينه‌‌ي گزافي را به شبكه‌‌ي برق تحميل كنيم. اگر  اين موضوع حقيقت داشته باشد، مي‌‌تواند ساير قانون‌‌گذران را نيز تشويق به ورود به اين صنعت كند تا اميدوارانه‌‌تر به‌‌سوي تحقق جهان ۱۰۰ درصد تجديدپذير گام برداريم.

فناوري PtG چيست و چگونه مي‌‌تواند به ما كمك كند؟

بياييد نگاهي دوباره به معضلي بيندازيم كه در صنعت انرژي‌‌هاي تجديدپذير با آن مواجه هستيم: تغييرپذيري. وقتي در منطقه‌‌اي با ضريب نفوذ بالاي انرژي‌هاي تجديدپذير (مانند كاليفرنيا)، نيروگاه‌‌هاي خورشيدي و بادي بيش‌‌تري را وارد مدار مي‌‌كنيم؛ شبكه‌‌ي برق دچار نوسانات كوتاه‌‌مدت و بلندمدت بيش‌‌تري خواهد شد و از اين‌‌رو، براي پركردن اين خلا، نياز بيش‌‌تري به منابع آماده‌‌به‌‌كار و قابل‌‌اطمينان‌تري از انرژي احساس خواهيم كرد.

خطوط لوله و تجهيزات ذخيره‌‌سازي گاز طبيعي

بنابراين در اختيار داشتن يك باتري گسترده و آماده‌‌به‌‌كار با چنين ظرفيت بالايي دقيقا همان چيزي است كه براي تكميل پازل انرژي‌‌هاي تجديدپذير خود بدان نياز داريم؛ تنها اشكال بزرگ آن است كه كاركرد اين باتري بزرگ با انتشار كربن همراه است. اگر مي‌‌توانستيم يك گاز با اثر كربن خنثي در اختيار داشته باشيم تا بتوانيم از آن به‌‌عنوان يك باتري همراه براي شبكه‌‌ي تجديدپذير خود بهره ببريم، همه‌‌چيز عالي پيش مي‌‌رفت. اينجا است كه فناوري PtG پا به عرصه مي‌‌گذارد.

سوخت‌‌هاي فسيلي انواعي از هيدروكربن‌‌ها به‌‌شمار مي‌‌آيند و هيدروكربن‌‌ها تنها از هيدروژن و كربن تشكيل شده‌‌اند. اگر بتوانيم هيدروژن و دي‌‌اكسيد كربن را به‌‌صورت جداگانه جمع‌‌آوري كنيم، مي‌‌توانيم آن‌‌ها را طي فرايند «متان‌‌سازي» با يكديگر تركيب كرده و گاز طبيعي را به‌‌صورت مصنوعي توليد كنيم.

شدت اثر كربني يك گاز مصنوعي به اين بستگي دارد كه هيدروژن و دي‌‌اكسيد كربن موردنياز براي توليد آن، چگونه تأمين مي‌‌شود. در حال حاضر، بيش‌‌تر هيدروژن موردنياز جهان ازطريق فرآوري گاز طبيعي استحصال مي‌‌شود؛ فرايندي كه به‌‌شدت انرژي‌‌بر بوده و با انتشار حجم بالايي از كربن همراه است. اما اين هيدروژن مي‌‌تواند ازطريق فرايند الكتروليز نيز توليد شود. طي الكتروليز، با مصرف انرژي برق (حاصل از منابع تجديدپذير) و به‌‌كارگيري يك كاتاليزور مي‌‌توان هيدروژن را از آب جداسازي كرد. بد نيست بدانيد امروزه تنها چهار درصد از هيدروژن موردنياز جهان ازطريق الكتروليز توليد مي‌‌شود. نيروگاه‌‌هاي هسته‌‌اي نيز مي‌‌توانند براي توليد هيدروژن مورداستفاده واقع شوند؛ هرچند هنوز اين روش عملا در هيچ مقياسي پياده‌‌سازي نشده است.

دي‌‌اكسيد كربن موردنياز نيز مي‌‌تواند از ذخاير طبيعي استخراج شود. با اين حال، استخراج كربن از زمين را نمي‌‌توان روشي پايدار و زيست‌‌محيطي قلمداد كرد. دي‌‌اكسيد كربن مي‌‌تواند از خروجي دودكش تأسيسات صنعتي و نيروگاه‌‌هاي برق ديگر جع‌‌آ‌‌وري كرد. همچنين جمع‌‌آوري كربن به‌‌طور مستقيم از هوا (DAC) يكي از روش‌‌هاي انتشار منفي است كه مي‌‌تواند دي‌‌اكسيد كربن موردنياز براي فرايند توليد متان را در اختيار صنايع بگذارد.

طرحي از يك واحد جمع‌‌آوري مستقيم كربن از هوا (DAC)

اگر بتوانيم هيدروژن را از طريق فرايند الكتروليز با كمك برق تجديدپذير يا انرژي هسته‌‌اي توليد كنيم و دي‌‌اكسيدكربن را نيز از هوا جذب كنيم، در اين صورت، متان مصنوعي توليدشده نيز مي‌‌تواند اثر كربني خنثي داشته باشد. بدين‌‌ترتيب، كربن از هوا جذب مي‌شود و پس از سوختن متان دوباره به هوا بازمي‌‌گردد و از ميزان خالص آن در طبيعت اضافه يا كم نخواهد شد.

انرژي موردنياز براي اين فرايند ازطريق انرژي‌‌هاي تجديدپذير تأمين خواهد شد. اين به‌‌منزله‌‌ي روشي پايدار و پاك براي معرفي يك منبع ذخيره‌‌سازي بلندمدت با سرعت پاسخ‌‌دهي بالا در شبكه است؛ يك منبع همراه از جنس انرژي‌‌هاي تجديدپذير كه زمينه را براي افزايش بيش‌‌تر نفوذ فناوري‌‌هاي پاك فراهم خواهد كرد. با توسعه‌‌ي فناوري PtG در جهان، محصول گازي توليدشده مي‌‌تواند در بسياري از متخصصي‌‌ها (شامل صنايع سنگين، گرمايش و حمل‌‌نقل) مورداستفاده واقع شود؛ اما ما در اينجا تنها روي متخصصد آن در شبكه‌‌ي برق تمركز خواهيم داشت.

يك شركت خدمات انرژي جهاني با نام Wärtsilä به‌‌تازگي گزارشي منتشر كرده است كه مي‌‌گويد كاليفرنيا با كمك فناوري PtG خواهد توانست در بازه‌‌ي زماني كوتاه‌‌تري به اهداف تأمين ۶۰ و ۱۰۰ درصدي برق تجديدپذير خود به‌ترتيب در سال‌‌هاي ۲۰۳۰ و ۲۰۴۵ دست يابد. اين شركت فنلاندي مدعي است باكمك نرم‌‌افزار شبيه‌‌سازي شبكه‌‌هاي برق Plexos (كه شبكه‌‌ي برق كاليفرنيا نيز خود از آن استفاده مي‌‌كند)، توانسته سه سناريوي مختلف از آينده‌‌ي شبكه‌‌ي برق اين ايالت را مدل‌‌سازي كند.

اولين سناريو همان برنامه‌‌ي فعلي اين ايالت است كه شامل برنامه‌‌‌‌ريزي يكپارچه منابع (IRP) تا سال ۲۰۳۰ و سپس برنامه‌‌ي برقي‌‌سازي عظيم تا سال ۲۰۴۵ خواهد شد. اين سناريو به‌‌شدت متكي‌‌بر استفاده‌‌از منابع خورشيدي، بادي، آبي دركنار باتري‌‌ها خواهد بود. با اين حال، طبق اين برنامه احتمالا نخواهيم توانست تا سال ۲۰۴۵ كاملا به انرژي برق عاري‌‌از كربن دست يابيم.

دومين سناريو، «مسير بهينه» است؛ بنابر اين سناريو، منابع خورشيدي، بادي و باتري‌‌ها با سرعتي نسبتا بيش‌‌تر نسبت‌‌به وضع فعلي توسعه مي‌‌يابند؛ اما در سال‌‌هاي پس از ۲۰۳۰، وابستگي‌‌به نيروگاه‌‌هاي حرارتي بيش‌‌تر از سناريو قبلي خواهد بود. در اين چشم‌‌انداز نيروگاه‌‌هاي گازسوز با سرعت كم‌‌تري از مدار خارج خواهند شد. نيروگاه‌‌هاي انعطاف‌‌پذيرتر همچنان در مدار باقي مي‌‌مانند و هم‌زمان تعداد زيادي نيروگاه‌‌هاي كوچك‌‌تر و چابك‌‌تر نيز بهره‌‌برداري مي‌‌شوند. با آماده‌‌شدن فناوري PtG تا سال ۲۰۳۰، تمامي نيروگاه‌‌هاي با سوخت طبيعي به انواع متان مصنوعي تبديل مي‌‌شوند. مطابق اين برنامه، جهان تا سال ۲۰۴۵ خواهد توانست به برق عاري‌‌از كربن دست يابد.

سناريوي سوم نيز مشتقي از سناريوي اول محسوب مي‌‌شود و سياست‌‌هاي برنامه‌‌ي فعلي در آن باشدت و حدت بيش‌‌تري دنبال مي‌‌شود؛ بدين‌‌ترتيب كه جهان به‌‌طور كامل به منابع تجديدپذير تكيه خواهد كرد و با تحريم نيروگاه‌‌هاي حرارتي موجود در شبكه تا سال ۲۰۴۵ به هدف انتشار كربن صفر خواهيم رسيد. همان‌‌طور كه قابل‌‌حدس است، سناريوي دوم، سناريوي برنده خواهد بود؛ چراكه با كمك واحدهاي PtG رسيدن به جهان ۱۰۰ درصد تجديدپذير با هزينه‌‌ي پايين‌‌تري مقدور خواهد بود و طي اين مسير، انتشار كربن كم‌‌تري رقم خواهد خورد.

اما برنامه‌‌ي فعلي كاليفرنيا براساس راه‌‌اندازي تعداد بسيار بالايي از واحدهاي تجديدپذير شكل گرفته است كه نياز به سطح وسيعي از اراضي براي احداث مزارع بادي و خورشيدي خواهد داشت؛ سازوكاري كه باتوجه به هزينه‌‌ي بالاي اين طرح‌‌ها و موانع سيستم اداري امر چندان ساده‌‌اي نخواهد بود. اگر به‌‌جاي ساخت تعداد بسيار زيادي واحد تجديدپذير، اقدام به راه‌‌اندازي تعداد كمي نيروگاه گازسوز (با سوخت متان مصنوعي) كنيم؛ خواهيم توانست با ظرفيت كم‌‌تري از نيروگاه‌‌هاي تجديدپذير (۲۳۷ گيگاوات در مقابل ۲۶۳ گيگاوات) به اهداف چشم‌‌انداز سال ۲۹۴۵ دست يابيم. با كاهش ظرفيت نيروگاه‌‌هاي خورشيدي موردنياز در سناريوي مسير بهينه، ميزان اراضي لازم تا يك‌‌سوم كاهش خواهد يافت (۲۳۰۰ كيلومترمربع درمقابل ۱۵۵۰ كيلومترمربع). اين به‌‌معناي بروز مجادلات بسيار كم‌‌تر در ممباحثه تغيير متخصصي اراضي و نيز صدور مجوز اتصال به شبكه خواهد بود.

هزينه‌‌ها نيز در سناريوي بهينه كم‌‌تر از سناريوي اول خواهد بود. بنابر سناريوي اول، ارزش ترازشده‌‌ي انرژي الكتريكي در سال ۲۰۴۵ معادل‌‌با ۵۱ دلار درازاي هرمگاوات‌‌ساعت خواهد بود؛ درحالي‌كه طبق سناريوي دوم، اين ارزش به ۵۰ دلار خواهد رسيد. شايد اين اختلاف چندان چشمگير نباشد؛ اما همين تفاوت كوچك طي سال‌‌ها مي‌‌تواند اختلاف تجميعي معادل ۸ ميليارد دلار را ايجاد كند.

مزيت ديگر فناوري PtG، كاهش ميزان اتلاف انرژي در نيروگاه‌‌هاي بادي و خورشيدي خواهد بود. در وهله‌‌ي اول، اين فناوري نياز به احداث تعدادي بيش‌‌ازاندازه از واحدهاي تجديدپذير را از بين خواهد برد. به‌‌علاوه، PtG خود مي‌‌تواند درحكم يك بار مصرف‌‌كننده براي تمام انرژي مازاد توليدي از منابع تجديدپذير باشد. اين اتفاق زماني رخ مي‌‌دهد كه توليد واحدهاي خورشيدي و بادي از ميزان مصرف در شبكه پيشي بگيرد؛ در چنين شرايطي تمام اين انرژي مازاد مي‌‌تواند براي توليد متان مصنوعي به‌‌كار گرفته شود.

برآوردها نشان مي‌‌دهد كه سناريوي بهينه در خلال سال‌‌هاي ۲۰۲۰ تا ۲۰۴۵، مي‌‌تواند بيش‌‌از ۵۰۰ تراوات‌‌ساعت انرژي را به گاز متان تبديل كند؛ درحالي‌كه در سناريوي اول، راهي جز اتلاف اين حجم از انرژي وجود نخواهد داشت.

بنابراين سناريوي بهينه مي‌‌تواند از هر جهت كاراتر و پاك‌‌تر از سناريوي فعلي باشد. اما هنوز به هيجان‌‌انگيزترين بخش اين سناريو نرسيده‌‌ايم. به ياد داشته باشيد كه سناريوي فعلي نمي‌‌تواند تا سال ۲۰۴۵ به‌‌طور كامل چشم‌‌انداز انرژي عاري از كربن را برايمان محقق كند. كاليفرنيا درانديشه متخصصين دارد تا سال ۲۰۴۵ تمامي برق خريداري شده و فروخته‌‌شده در اين ايالت از لحاظ اثر كربني خنثي باشد. در كنار اين مورد، بايد تلفات شبكه‌‌ي انتقال را نيز در انديشه متخصصين گرفت كه اين ميزان براي ايالتي مانند كاليفرنيا حدود ۸ درصد است؛ اين بدان معنا است كه براي تحويل توان خالص ۱۰۰ مگاوات به مصرف‌‌كنندگان برق در اين ايالت، شبكه بايد ۱۰۸ مگاووات توليد كند.

لاخبار تخصصيي وجود ندارد اين ۸ درصد مازاد توليد از لحاظ كربني خنثي باشد. ايالت كاليفرنيا فعلا درانديشه متخصصين دارد اين ميزان مازاد را از نيروگاه‌‌هاي گازسوز تأمين كند. اين بدان معنا خواهد بود كه اين ايالت درنهايت چيزي حدود ۴ الي ۵ درصد كربن‌‌مثبت تلقي خواهد شد. با احتساب اين انتشار اضافي، سناريوي بهينه مي‌‌تواند جلوي انتشار مقداري معادل ۱۲۴ ميليون تن CO2 بيش‌‌تر را نسبت‌‌به سناريوي فعلي بگيرد.

حال با پرسشي مهم مواجه مي‌‌شويم: چرا نبايد با تشديد سياست‌‌هاي سناريوي فعلي، رسيدن‌‌به چشم‌‌انداز انتشار كربن صفر را تنها با اتكا به منابع تجديدپذير تحقق بخشيم؟

اين همان موضوعي است كه سناريوي سوم بدان اشاره دارد. در اين سناريو، شبكه‌‌ي برق كل كاليفرنيا بدون هرگونه نيروگاه حرارتي و تنها با اتكا به منابع تجديدپذير و باتري‌‌ها مدل‌‌سازي شده است. نتايج بسيار اميدواركننده به‌‌انديشه متخصصين مي‌‌رسند. پياده‌‌سازي اين سناريو ازلحاظ متخصص امكان‌‌پذير است، ولي يك اشكال دارد و آن اين‌‌كه بسيار گران تمام خواهد شد. اگر بخواهيم بگوييم سناريوي اول روي نصب تعداد زيادي نيروگاه خورشيدي و بادي اصرار دارد؛ در سناريوي سوم، تمركز روي نصب تعداد بسيار زيادي باتري خواهد بود و اين تعداد به‌‌معناي واقعي كلمه، بسيار زياد است. در نمودار زير مي‌‌توانيد ببينيد اين اختلاف در ظرفيت باتري‌‌هاي قابل‌‌نصب تا چه حد فاحش است.

منتقدان مي‌‌گويند اگر بخواهيم براي جبران شكاف ميان كربن‌‌زدايي ۹۵ تا ۱۰۰ درصدي نيروگاه‌‌هاي برق خود، تنها به منابع تجديدپذير و باتري‌‌ها تكيه كنيم، نياز به نصب ميليون‌‌ها بانك باتري خواهيم داشت. مجموع ظرفيت باتري‌‌هاي شما بايد آن‌‌قدر بالا باشد كه حتي نادرترين برهه‌‌هاي زماني افت شديد توليد انرژي خورشيدي و بادي را (كه شايد هر ۱۰ سال يك‌‌بار رخ دهد) پوشش دهد. اين در حالي است كه در شرايط عادي، بخش اعظم اين ظرفيت بلااستفاده خواهد ماند.

بنابر سناريوي سوم، «فاكتور ظرفيت» باتري (يا دفعات استفاده باتري) تا سال ۲۰۴۵ به ۳ درصد افت پيدا خواهد كرد. چنين ظرفيت بلااستفاده‌‌اي از تجهيزات گران‌‌ارزش الكتريكي مي‌‌تواند به‌‌شدت اقتصاد كشورها را تحت فشار قرار دهد.

اگر به‌‌خاطر داشته باشيد، پيش‌‌تر گفتيم كه بنابر محاسبات سناريوي بهينه، ارزش برق در سال ۲۰۴۵ به عدد ۵۰ دلار در ازاي هر مگاووات‌‌ساعت خواهد رسيد؛ درحالي‌كه اين عدد در سناريوي سوم به مقدار قابل‌‌توجه ۱۲۸ دلار در ازاي هر مگاووات‌‌ساعت مي‌‌رسد؛ يعني بيش از دو برابر. اين نشان مي‌‌دهد كه نصب باتري‌‌ها تا چه حد پرهزينه تمام خواهد شد.

فناوري PtG از سرعت رشد و جذابيتي بالايي برخوردار است. مي‌توان گفت اين فناوري براي دهه‌‌ها وجود داشته به‌گونه‌اي كه سابقه‌‌ي استفاده‌‌از گاز مصنوعي به ۱۸۰ سال پيش بازمي‌‌گردد. در خلال جنگ جهاني دوم و با افزايش ارزش بنزين، استفاده از اين نوع سوخت رواج يافت. با اين حال، نسخه‌‌ي عاري از كربن اين فناوري كه امروزه در صنعت كربن‌‌زدايي موردتوجه قرار گرفته است؛ ممباحثهي كاملا نو محسوب مي‌‌شود. تاكنون مطالعات فراواني درحوزه‌‌ي فناوري PtG و پروژه‌‌هاي پايلوت آن به‌‌خصوص در اروپا انجام گرفته است؛ اما اين مطالعات هرگز نتوانست به توليد در مقياس بالا منجر شود.

با اين همه، برخي معتقد هستند كه صرف هزينه براي مرحله‌‌ي دوم از تبديل هيدروژن به متان منطقي نيست. آن‌‌ها مي‌‌‌‌گويند هيدروژن بايد ذخيره‌‌سازي شده و به‌‌طور مستقيم و بدون هر مرحله‌‌ي اضافي ديگري در نيروگاه سوزانده شود. تام براون، مدير گروه‌‌مدل‌‌سازي انرژي در مؤسسه‌‌ي فناوري كارلزرو مي‌‌گويد:

به‌‌انديشه متخصصين من، جايگزيني هيدروژن در بلندمدت آسان‌‌تر و اقتصادي‌‌تر است و ما بايد توليد متان را تنها به منابع پايدار زيست‌‌توده محدود كنيم.

در حال حاضر شبكه‌‌اي سراسري از لوله‌‌كشي انتقال هيدروژن در ايالات متحده وجود دارد و خطوط انتقال گاز طبيعي نيز مي‌‌توانند به‌‌گونه‌‌اي تغيير متخصصي يابند كه قابليت انتقال هيدروژن را نيز پيدا كنند. آلمان از جمله كشورهايي به‌شمار مي‌آيد كه از يك شبكه‌‌ي ملي انتقال هيدروژن برخوردار است. شركت‌‌هايي مانند GE آلمان در حال سرمايه‌‌گذاري روي انواعي از توربين‌‌هاي گازي هستند كه بتوانند با متان و هيدروژن كار كنند. ازآنجاكه براي پايدارسازي انرژي تجديدپذير تنها به تعداد محدودي از نيروگاه‌‌هاي حرارتي نياز داريم، شايد بهتر باشد در اين واحدها هيدروژن پاك به‌‌صورت مستقيم سوزانده شود (هيدروژن به‌‌عنوان يك منبع سوخت مستقيم تلقي نمي‌‌شود؛ چراكه هيچ راهي براي تخمين هزينه‌‌ي احداث زيرساختگاه‌‌هاي هيدروژني وجود ندارد).

هنوز بسيار زود است كه بگوييم كدام‌‌يك از انواع منابع پايا (هميشه در دسترس) مي‌‌تواند بهترين سيستم الكتريكي مكمل منابع تجديدپذير باشد: سوخت مصنوعي، هيدروژن، نيروگاه‌‌هاي هسته‌‌اي كوچك، زمين‌‌گرمايي پيشرفته، زيست‌‌توده با جذب و ذخيره‌‌سازي كربن، نيروگاه‌‌هاي گاز طبيعي مچهز به سيكل آلام براي جذب كربن يا شايد تركيبي از همه‌ي اين موارد.

همان‌‌طور كه از نتايج يك پژوهش دانشگاهي ديگر برمي‌‌آيد، شركت Wärtsilä نيز توانسته به‌‌خوبي نشان دهد كه براي دستيابي به يك سيستم الكتريكي كاملا عاري از كربن، وجود يك منبع انرژي پايا، امري ضروري (يا دست‌كم بسيار مفيد) خواهد بود. يك شبكه‌‌ي برق با سطح نفوذ بسيار بالاي تجديدپذير نيازمند تعدادي منابع همراه خواهد بود كه همواره در دسترس باشند و نيز هنگام ورود و خروج به مدار و تغيير ميزان خروجي نيز سرعت‌‌عمل بالايي از خود نشان دهند. در حال حاضر، باتري‌‌ها نمي‌‌توانند ميزان كافي از انرژي را در خود ذخيره كنند و نرخ نشت جريان در آن‌‌ها به‌‌حدي است كه نمي‌‌توان روي آن‌‌ها به‌‌عنوان يك منبع همراه مستقل در شبكه‌‌هاي بزرگ حساب باز كرد.

ما به منابع پايا و انعطاف‌‌پذير ديگري نياز داريم كه بتوانند مكمل منابع تجديدپذير و باتري‌‌ها باشند. البته نيازي نيست اين منابع در حجم بالايي توليد و نصب شوند؛ حتي حجم اندكي از اين منابع پايا مي‌‌تواند مانع از نصب هزاران منبع تجديدپذير و باتري اضافي در شبكه شود.

با وجود نياز مبرمي كه به منابع پايا و كم‌‌كربن طي سال‌‌هاي پيش‌‌رو احساس مي‌‌‌‌شود، هنوز نمي‌‌توانيم با قاطعيت تصميم بگيريم كه كداميك از اين انواع منابع از بقيه ارزان‌‌تر تمام خواهند شد. از اين رو، هر نوع منبع (حتي با كم‌‌ترين شانس قابل‌‌تصور براي موفقيت در آينده) نيز شايد ارزش مطالعه‌‌ي بيش‌‌تر را داشته باشد. بديهي است كه هر يك از اين منابع مي‌‌توانند بسته‌‌به شرايط جغرافيايي محل متخصصد مزيت‌‌هايي را نسبت‌‌به انواع ديگر به‌‌نمايش بگذارند. در اين ميان، شايد هيدروژن و سوخت‌‌هاي مبتني‌‌بر هيدروژن (نظير متان مصنوعي) بيش‌‌ترين شانس را براي توسعه در جهان را داشته باشند.

جهان قرن بيست‌‌ويكم براي توليد انرژي الكتريكي موردنياز خود ديگر نيازي به حفاري، آلايش محيط و درنهايت آلاينده‌‌زدايي از آن نخواهد داشت. ما ديگر نيازي به سوخت‌‌هاي فسيلي نداريم. ما نيازي به نيروگاه‌‌هاي عظيم نداريم. تمام آنچه كه ما نياز داريم، باد، خورشيد و آب است. يك سيستم مبتني‌‌بر منابع تجديدپذير نيازمند منابع پايا خواهد بود؛ منابعي نظير هيدروژن پاك و PtG كه خود مي‌‌توانند به‌‌كمك انرژي‌‌هاي تجديدپذير راه‌‌اندازي شوند. اين فناوري‌‌ها قابليت كار در يك حلقه‌‌ي بسته و متناسب‌‌با بودجه‌‌ي فعلي بخش انرژي جهان را دارند و هيچ‌‌گونه كربن اضافي را وارد اكوسيستم نخواهند كرد.

پژوهش‌‌هاي انجام‌‌شده ازسوي Wärtsilä مي‌‌تواند اپراتورهايي مانند مديريت شبكه‌‌ي برق كاليفرنيا را متوجه نقش كليدي فناوري هيدروژن پاك و PtG در كاهش هزينه‌‌ي گذار به‌‌سوي جهان عاري‌‌از كربن كند. اگر قرار باشد از مزاياي به‌‌كارگيري هيدروژن و فراورده‌‌هاي آن در سيستم فعلي خود بهره ببريم، بايد از حالا به‌‌فكر سياست‌‌گذاري‌‌هاي لازم در اين مسير باشيم.

شكي نيست كه در پازل شبكه‌‌ي برق عاري‌‌از كربن دستكم يك قطعه‌‌ي گمشده وجود دارد. شايد اين قطعه‌‌ي گمشده، منبع پايايي باشد كه بتواند به‌‌شكلي اقتصادي و قابل‌‌اطمينان مقادير قابل‌توجهي از انرژي تجديدپذير را در خود ذخيره و هنگام نياز آن را به شبكه‌‌ي سراسري تزريق كند. با اين توضيحات، فناوري PtG يكي از گزينه‌‌هاي آشنا و دسترس‌‌پذير براي ما خواهد بود.