بهینه‌سازی هیدروژن پاک، که به عنوان هیدروژن سبز شناخته می‌شود، به سرعت به یکی از اولویت‌های اصلی در سیاست‌گذاری‌های دولت‌ها و صنایع در سطح جهانی تبدیل شده است. به عنوان نمونه‌ای از این روند، اروپا با تدوین “دستورالعمل انرژی‌های تجدیدپذیر” (RED II و RED III)، اهدافی را برای افزایش استفاده از هیدروژن سبز از طریق الکترولیز تعیین کرده است. طبق این دستورالعمل، پروژه‌های تولید هیدروژن شبز باید از انرژی‌های تجدیدپذیر اضافی استفاده کنند تا اطمینان حاصل شود که هیدروژن تولید شده، به طور کامل از منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر تأمین می‌شود و به درستی عنوان هیدروژن سبز را به خود اختصاص می‌دهد.
در ایالات متحده، “قانون کاهش تورم 2021” (Inflation Reduction Act) تولید هیدروژن پاک را با توجه به میزان انتشار کربن تشویق می‌کند؛ به این معنا که شدت کربنی برای تولید هیدروژن باید برابر یا کمتر از ۲ کیلوگرم CO2eq به ازای هر کیلوگرم هیدروژن باشد. همچنین، کشورهای متعددی از جمله برخی کشورهای اروپایی، سرمایه‌گذاری‌های چند میلیارد دلاری در پروژه‌های بزرگ مانند خط لوله “ستون فقرات هیدروژن اروپا” (European Hydrogen Backbone) را آغاز کرده‌اند. با توجه به این تمایل جهانی به استفاده از هیدروژن، پیش‌بینی می‌شود که صنعت هیدروژن سبز، که در سال 2022 ارزشی بیش از 1.7 میلیارد دلار داشت، طی دهه آینده رشدی بیش از ۳۰۰ درصد را تجربه کند.
پتانسیل هیدروژن سبز در دنیای کربن‌زدایی
هیدروژن سبز به عنوان یکی از ابزارهای کلیدی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، نقش مهمی در آینده سیستم‌های انرژی ایفا خواهد کرد. با هدف رسیدن به کربن‌زدایی تا سال 2050، سیستم‌های انرژی باید به سرعت از سوخت‌های پرکربن به سوخت‌های کم‌کربن تغییر کنند، و این امر نیاز به افزایش تولید هیدروژن سبز را دوچندان می‌کند.
صنایع انرژی‌بر مانند فولاد و سیمان به سوخت‌هایی با چگالی انرژی بالا و دماهای بسیار بالا نیاز دارند که هیدروژن سبز می‌تواند این نیازها را تأمین کند. بر خلاف باتری‌ها که ظرفیت ذخیره‌سازی طولانی‌مدت ندارند، هیدروژن می‌تواند از انرژی تجدیدپذیر اضافی تولید و به مدت طولانی ذخیره شود. علاوه بر این، هیدروژن توانایی تأمین حدود سه برابر بیشتر انرژی نسبت به سوخت‌های فسیلی را دارد و می‌تواند در هر جایی که آب و برق کم‌کربن وجود داشته باشد، تولید شود.
موانع پیش روی تولید و پذیرش گسترده هیدروژن سبز
در حالی که هیدروژن سبز پتانسیل بالایی برای کاهش کربن دارد، همچنان با موانع قابل‌توجهی در تولید و پذیرش گسترده مواجه است:
- ناپایداری و دسترسی به انرژی‌های تجدیدپذیر: تولید هیدروژن سبز به شدت به منابع انرژی تجدیدپذیر وابسته است که خود به دلیل ناپایداری ذاتی این منابع پیچیده می‌شود. این ناپایداری می‌تواند برنامه‌ریزی شبکه برق را مختل کند و نیاز به شبیه‌سازی دقیق تولید برق و فرآیندهای مرتبط با هیدروژن را افزایش دهد.
- هزینه بالای تولید هیدروژن: با وجود علاقه و تمایل جهانی به توسعه هیدروژن سبز، در بسیاری از موارد از نظر اقتصادی توجیه‌پذیر نیست. هزینه‌های بالای تأمین برق تجدیدپذیر و سرمایه‌گذاری اولیه چالش‌های عمده‌ای هستند که برای کاهش قیمت تولید باید برطرف شوند.
- بهینه‌سازی تأمین و پیش‌بینی تولید: ترکیب چالش‌های ناپایداری انرژی تجدیدپذیر با فشار برای کاهش هزینه تولید هیدروژن، باعث می‌شود که توسعه‌دهندگان پروژه‌ها به استراتژی‌های عملیاتی و مدل‌های کسب‌وکار پیچیده‌تر روی آورند. این عوامل پیش‌بینی و مدیریت تولید هیدروژن را دشوارتر می‌کند.
راهکارها: شبیه‌سازی و استراتژی‌های کنترل
برای غلبه بر این چالش‌ها، استفاده از شبیه‌سازی‌های یکپارچه و معماری‌های کنترل پیشرفته بسیار حیاتی است. این ابزارها قادرند طراحی سیستم‌های تولید هیدروژن را بهینه‌سازی کرده و هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند. همچنین، با بهره‌گیری از این فناوری‌ها می‌توان ایمنی و قابلیت اطمینان عملیات را افزایش داد، به‌ویژه در شرایطی که ناپایداری منابع تجدیدپذیر و پیچیدگی‌های تولید هیدروژن سبز به چالش‌های بزرگی تبدیل می‌شوند.
- مدل‌سازی برای صرفه‌جویی در زمان و هزینه: استفاده از مدل‌سازی یکپارچه برق و فرآیند می‌تواند طراحی کارخانه‌های هیدروژن سبز را ساده‌تر کرده و عملکرد آن‌ها را بهبود بخشد. این مدل‌ها به توسعه‌دهندگان پروژه‌ها کمک می‌کنند تا در مراحل اولیه، ریسک‌های کلیدی طراحی را شناسایی کرده و بهینه‌سازی‌های لازم را انجام دهند، که در نهایت منجر به صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود.
- مدل‌سازی فنی و اقتصادی برای ارزیابی مالی پروژه: در ارزیابی مالی پروژه‌های هیدروژن سبز، پارامترهایی مانند هزینه تراز شده برق (LCOE) و هزینه تراز شده هیدروژن (LCOH) نقشی حیاتی ایفا می‌کنند. این پارامترها به سرمایه‌گذاران و تصمیم‌گیران کمک می‌کنند تا بازدهی اقتصادی پروژه را بررسی کرده و تصمیم‌گیری نهایی را در مورد سرمایه‌گذاری اتخاذ کنند.
نتیجه‌گیری
هیدروژن سبز پتانسیل قابل‌توجهی برای تبدیل شدن به یکی از اجزای اصلی در انتقال انرژی جهانی دارد. با این حال، برای بهره‌برداری کامل از این پتانسیل، ضروری است که طراحی دقیق، شبیه‌سازی‌های پیشرفته و توسعه استراتژی‌های کنترلی و مدیریتی از همان مراحل ابتدایی پروژه‌ها انجام شود. این اقدامات می‌توانند به افزایش کارایی تولید، کاهش هزینه‌ها و تضمین پایداری بلندمدت پروژه‌های هیدروژن کمک کرده و زمینه‌ساز موفقیت در مسیر کربن‌زدایی شوند.
مراجع
