آينده سوخت هيدروژن؛ موانع و فرصت‌ها
هيدروژن ظرفيت تبديل‌شدن به يكي از حامل‌هاي انرژي مهم در سيستم انرژي پاك و مكمل انرژي برق را دارد؛ اما اين حامل انرژي براي انجام نقش خود در ابتدا بايد بر موانع بسياري غلبه كند. براساس گزارش اخير آژانس بين‌المللي انرژي (IEA)، هيدروژن هرگز از علاقه‌ي بين‌المللي و چندجانبه بزرگ، حتي با پيشرفت‌هاي چشمگير اخير در ساير فناوري‌هاي انرژي پاك مانند باتري‌ها و انرژي‌هاي تجديدپذير برخوردار نبوده است.
طبق گفته‌هاي آژانس بين‌المللي انرژي (IEA)، هيدروژن مي‌تواند به‌عنوان بخش مهمي براي كاهش آلايندگي در انديشه متخصصين گرفته شود. برنامه‌هايي كه برخي دولت‌ها با هدف كاهش آلايندگي اعلام كرده‌اند، توجه ويژه‌اي را به بخش‌هايي معطوف مي‌كند كه در آن، برق حامل انرژي اصلي نيست. چنين بخش‌هايي شامل حمل‌و‌نقل هوايي، كشتي‌راني، آهن و فولاد، توليد مواد شيميايي، گرمايش صنعتي با درجه حرارت بالا، حمل‌و‌نقل جاده‌اي در مسيرهاي طولاني و گرمايش ساختمان‌ها مي‌شود. براساس اعلام آژانس بين‌المللي انرژي، ممكن است هيدروژن حامل انرژي بهتري باشد.
هيدروژن مي‌تواند منافع ديگري مثل مبارزه با آلودگي هوا و تسهيل تبديل انرژي پاك داشته باشد. توليد جهاني هيدروژن خالص در حدود ۷۰ ميليون تن در سال است و ۴۵ ميليون تن ديگر هم درقالب مخلوط با گازها توليد مي‌شود. از هيدروژن خالص عمدتا در پالايش نفت و توليد آمونياك براي كود و از هيدروژن مخلوط با ساير گازها براي توليد متانول و فولاد استفاده مي‌شود. هيدروژن خالص هنوز به‌عنوان سوخت به كار گرفته نمي‌شود.
هيدروژن مي‌تواند به‌طور مستقيم با آب در روش الكتروليز توليد شود؛ اما در شرايط فعلي تقريبا تمام هيدروژن، از اصلاح بخار يا گازي‌سازي زغال‌سنگ توليد مي‌شود. الكتروليز راهي مناسب براي تبديل برق پاك حاصل از خورشيد و باد و ساير منابع تجديدپذير به هيدروژن است. در مقابل، اصلاح بخار و گازي‌سازي، هر دو فرايندي متمركز بر انرژي هستند كه مقدار زيادي دي‌اكسيدكربن توليد مي‌كنند. توليد هيدروژن خالص ۶ درصد از مصرف گاز طبيعي و ۲ درصد از زغال‌سنگ را شامل مي‌شود. توليد حدود ۸۳۰ ميليون تن گاز آلاينده دي‌اكسيدكربن در سال، برابر با مجموع آلاينده‌هاي اندونزي و انگلستان تخمين زده شده است.
در سيستم انرژي پاك آينده، هيدروژن و برق مي‌توانند حامل‌هاي انرژي مكمل باشند؛ زيرا برق مي‌تواند به‌راحتي به هيدروژن تبديل شود. بنابراين، هيدروژن مي‌تواند به حل اشكالات توليد برق متناوب تجديدپذير كمك كند.
آژانس بين‌المللي انرژي در اين زمينه مي‌گويد:
از آنجا كه هيدروژن مي‌تواند در بخش‌هاي مختلف ذخيره و استفاده شود، تبديل برق به هيدروژن مي‌تواند از انديشه متخصصين زماني و جغرافيايي به عرضه و تقاضاي متغير انرژي منطبق باشد. بدون وجود هيدروژن، سيستم انرژي پاك برقي بيشتر مي‌تواند مبتني بر جريان باشد. سيستم‌هاي انرژي مبتني بر جريان بايد با عرضه و تقاضاي لحظه‌اي در سطح گسترده مطابقت داشته باشد.اين سيستم‌ها ممكن است به اختلال در منبع و جريان موجودي، آسيب‌پذير باشند.
با توجه به مزاياي بالقوه براي بسياري از گروه‌هاي مختلف، جاي تعجب نيست كه ائتلاف گسترده‌اي از هيدروژن حمايت كنند. هيدروژن مي‌تواند ارتباطي مؤثر بين گروه‌هايي كه اهداف غيرمشترك دارند مثل شركت‌هاي توليدكننده‌ي فرآورده‌هاي نفتي و صنايع انرژي تجديدپذير يا حاميان محيط زيست و كشورهاي صادركننده نفت ايجاد كند. اما براي رسيدن به اين هدف، اشكالات زيادي در حوزه‌ي توليد، پخش و ذخيره‌سازي هيدروژن وجود دارد.
هيدروژن عنصري فراوان، اما بسيار واكنش‌پذير است كه به‌صورت آزاد موجود نيست و اغلب به اتم‌هاي اكسيژن و كربن وابستگي دارد. رام گوپتا، استاد مهندسي شيمي در دانشگاه ويرجينيا كامن‌ولث مي‌گويد:
براي به‌دست‌آوردن هيدروژن از تركيبات طبيعي، بايد انرژي مصرف شود. بنابراين، هيدروژن بايد به‌عنوان يك حامل انرژي درانديشه متخصصين گرفته شود.
مولكول‌هاي هيدروژن كوچك، سبك، بسيار واكنش‌پذير با ساير عناصر، بسيار اشتعال‌پذير هستند و در مقايسه با گاز طبيعي (متان) با شعله‌ي جديد‌تري مي‌سوزند.ايمني اهميت بالايي داريد؛ زيرا هيدروژن به‌آساني نشت مي‌كند منفجر مي‌شود. تراكم هيدروژن كمتر از هوا است، بنابراين به‌سرعت منتشر و خطر انفجار بيشتر مي‌شود.
واكنش‌پذيري هيدروژن اشكالات بيشتري به‌همراه دارد؛ زيرا به فولاد نفوذ مي‌كند و باعث ايجاد نقص در خطوط لوله مي‌شود؛ مگر اينكه فولاد گران‌ارزش و با كيفيت خاص در اين صنعت استفاده شود. با اين حال، بزرگ‌ترين اشكالات به چگالي انرژي بسيار كم هيدروژن در مقايسه با سوخت‌هاي معمولي مانند گاز طبيعي يا بنزين مربوط است. از انديشه متخصصين جرم، هيدروژن بيشترين مقدار انرژي را در مقايسه با سوخت‌هاي ديگر دارد. براساس وزن، هر كيلوگرم هيدروژن تقريبا سه برابر انرژي بيشتري از هر كيلوگرم بنزين خواهد داشت.
با وجود اين، هيدروژن از انديشه متخصصين حجمي، انرژي كمتري در مقايسه با ساير سوخت‌ها دارد. اگر هيدروژن به‌عنوان گاز ذخيره شود، به مخزني حدود سه هزار برابر حجم مخزن بنزين نياز دارد كه حاوي همان مقدار انرژي باشد. بنابراين، استفاده از هيدروژن خالص فقط در صورتي عملي است كه آن را براي افزايش تراكم انرژي، فشرده يا حتي مايع كنيم.
البته حتي در حالت نهايت تراكم مايع، انرژي هر مترمكعب هيدروژن حدودا يك‌چهارم انرژي هر مترمكعب بنزين است. فشرده‌سازي يا مايع‌سازي هيدروژن نيز بسيار گران‌تر از گاز طبيعي است و انرژي بيشتر هم نياز دارد. ازاين‌رو، تراكم انرژي پايين مانع اصلي استفاده از هيدروژن در خودرو و حتي صنايع ديگر خواهد بود. طبق آمار آژانس بين‌المللي انرژي، تنها ۱۱ هزار خودرو هيدروژني در جاده‌ها تردد مي‌كنند؛ در حالي كه ۲۰ هزار دستگاه ليفتراك در انبارها و گمرك‌ها استفاده مي‌شود.
ارزش دي‌اكسيدكربن
الكتروليز، گازي‌سازي و اصلاح بخار، دليل اصلي محبوبيت هيدروژن درنگاه گروه‌هاي مختلف و برخي كشورها است. آژانس بين‌المللي انرژي چند شيوه‌ي عملي را پيشنهاد كرده كه در آن، امكان استفاده از هيدروژن با همراهي دولت‌ها افزايش مي‌يابد؛ از جمله اين روش‌ها مي‌توان به تركيب هيدروژن با غلظت‌هاي پايين به خطوط گاز طبيعي اشاره كرد.
در فرايند توليد هيدروژن با روش‌هاي اصلاح بخار و گازي‌سازي، بايد فكري به‌حال جداسازي و ذخيره كربن‌دي‌اكسيد كرد. در شرايط كنوني، با توجه به مصرف زياد انرژي، جداسازي و ذخيره كربن‌دي‌اكسيد بدون وجود داشتن روش ارزش‌گذاري و جريمه بر آلايندگي عملي نيست. بنابراين، بزرگ‌ترين مانع اقتصادي براي آينده‌ي هيدروژن، مهندسي ذخيره و توزيع گاز نيست؛ بلكه سياست ارزش‌گذاري و جريمه روي آلاينده‌ها است.
اگر مسئله‌ي سياست ارزش‌گذاري و جريمه روي آلاينده‌ها حل شود، هيدروژن روشي پذيرفتني براي سيستم انرژي پاك‌تر است؛ هرچند با فناوري‌هاي ديگر بايد رقابت كند كه ممكن است ارزان‌تر و كارآمدتر باشند. اگر مسئله‌ي ارزش و جريمه روي آلاينده‌ها حل‌نشده باقي بماند، به احتمال زياد هيدروژن براي استفاده‌ي گسترده در صنايع مختلف همچنان گران‌ارزش باقي خواهد ماند.
هم انديشي ها