تولید هیدروژن از زغال‌سنگ، از طریق فناوری گازی‌سازی، یکی از روش‌های ثابت‌شده و قدیمی برای تولید این گاز ارزشمند است. این روش از دهه‌ها پیش در صنایع شیمیایی و تولید کودهای شیمیایی، به‌ویژه برای تولید آمونیاک، استفاده می‌شود. در حال حاضر حدود 130 کارخانه گازی‌سازی زغال‌سنگ در جهان فعالیت دارند که بیش از 80 درصد از آن‌ها در چین قرار دارند. با این حال، تولید هیدروژن از زغال‌سنگ به دلیل شدت انتشار بالای دی‌اکسید کربن با چالش‌های زیست‌محیطی قابل‌توجهی روبرو است. تنها راه ادامه فعالیت این روش در آینده‌ای که به سمت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای حرکت می‌کند، استفاده از فناوری جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) است.
گازی‌سازی زغال‌سنگ و تولید هیدروژن
گاز سنتز تولید شده از فرآیند گازی‌سازی زغال‌سنگ، می‌تواند به عنوان سوخت در نیروگاه‌های چرخه ترکیبی استفاده شود. اگر این نیروگاه‌ها به فناوری جذب کربن مجهز شوند، برق تولید شده نیز به عنوان برق کم‌کربن در نظر گرفته می‌شود. اضافه کردن یک واحد شیفت آب-گاز به این فرآیند، امکان تولید هیدروژن بیشتری از گاز سنتز را فراهم می‌کند. در این صورت، کارخانه گازی‌سازی می‌تواند بین تولید برق و هیدروژن، بسته به سوددهی بیشتر هر یک، تغییر مسیر دهد.
واکنش شیفت آب-گاز در واقع واکنشی شیمیایی است که طی آن کربن‌مونواکسید با بخار آب واکنش می‌دهد تا دی‌اکسید کربن و هیدروژن تولید شود. اگرچه این فناوری‌ها هنوز در مقیاس بزرگ برای تولید هم‌زمان هیدروژن و برق به‌کار گرفته نشده‌اند، این ترکیب می‌تواند گزینه‌ای جذاب برای آینده‌ای کم‌کربن باشد.
تأثیر فناوری‌های جذب کربن بر خلوص و هزینه تولید هیدروژن
فناوری‌های جذب کربن‌دی‌اکسید بسته به نوع فرآیند تولید هیدروژن، از نظر میزان جذب و خلوص هیدروژن متفاوت عمل می‌کنند. سطح خلوص هیدروژن نیز بستگی به کاربرد نهایی آن دارد. برای مثال، پیل‌های سوختی به هیدروژنی با خلوص بسیار بالا نیاز دارند، در حالی که کاربردهای صنعتی مانند توربین‌های گازی یا دیگ‌های بخار، به خلوص پایین‌تری از هیدروژن نیاز دارند.
ترکیب بهینه‌ای از فرآیندهای تولید هیدروژن و فناوری جذب کربن، به عواملی مانند هزینه‌های تولید و کاربرد نهایی هیدروژن بستگی دارد. بنابراین، انتخاب بهترین فناوری برای جذب کربن به شدت تحت تأثیر نیازهای نهایی و اقتصادی پروژه است.
هیدروژن مبتنی بر زغال‌سنگ در چین: وضعیت فعلی و هزینه‌های تولید
بیشتر تولید هیدروژن از زغال‌سنگ در جهان، به‌ویژه در چین، از طریق گازی‌سازی صورت می‌گیرد. این هیدروژن عمدتاً برای تولید آمونیاک در چین به‌کار می‌رود. چین در حال بررسی نقش هیدروژن در اقتصاد خود است و به دلیل قیمت پایین زغال‌سنگ، این روش ارزان‌ترین روش تولید هیدروژن در این کشور محسوب می‌شود. در حال حاضر، هزینه تولید هیدروژن از زغال‌سنگ در چین حدود ۱ دلار آمریکا برای هر کیلوگرم است.
هرچند استفاده از زغال‌سنگ با فناوری جذب کربن کم‌هزینه‌ترین روش تولید هیدروژن پاک در چین به‌شمار می‌آید، اما با فناوری‌های فعلی، انتشار کربن‌دی‌اکسید به حدود ۲ کیلوگرم در هر کیلوگرم هیدروژن می‌رسد. با پیشرفت فناوری، این رقم ممکن است به حدود ۰.۴ کیلوگرم دی‌اکسید کربن برای هر کیلوگرم هیدروژن کاهش یابد.
چالش‌های هزینه‌ای و نقش زغال‌سنگ در آینده هیدروژن پاک
هزینه‌های تولید هیدروژن از زغال‌سنگ تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد. برای مثال، هزینه‌های سرمایه‌ای حدود ۵۰ درصد از هزینه کل تولید هیدروژن را تشکیل می‌دهند، در حالی که هزینه‌های سوخت بین ۱۵ تا ۲۰ درصد را شامل می‌شوند. از این رو، دسترسی به زغال‌سنگ ارزان و فراوان، تأثیر مستقیمی بر قابلیت اجرای اقتصادی پروژه‌های هیدروژنی مبتنی بر زغال‌سنگ دارد.
افزایش کارایی فرآیندها و کاهش ردپای کربن از طریق استفاده از فناوری‌های جذب، ذخیره و استفاده از کربن، گامی اساسی برای تولید هیدروژن مبتنی بر زغال‌سنگ در آینده انرژی کم‌کربن است. با این حال، افزودن فناوری جذب کربن به این فرآیند، هزینه‌های سرمایه‌ای را حدود ۵ درصد و هزینه‌های سوخت را تا ۱۳۰ درصد افزایش می‌دهد.
در کشورهایی مانند چین و هند که زیرساخت‌های گسترده زغال‌سنگ دارند و به گاز طبیعی ارزان داخلی دسترسی ندارند، هیدروژن مبتنی بر زغال‌سنگ با فناوری جذب کربن، به‌احتمال زیاد در میان‌مدت ارزان‌ترین گزینه برای تولید هیدروژن پاک خواهد بود.
جمع‌بندی
تولید هیدروژن از زغال‌سنگ، اگرچه به دلیل انتشار دی‌اکسید کربن چالشی جدی برای محیط‌زیست محسوب می‌شود، اما با استفاده از فناوری‌های جذب و ذخیره کربن می‌تواند به یکی از راه‌حل‌های کلیدی برای تولید هیدروژن پاک تبدیل شود. چین به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان هیدروژن از زغال‌سنگ، نشان‌دهنده پتانسیل بالای این روش در بازارهای جهانی است. با به‌کارگیری فناوری‌های پیشرفته و کاهش انتشار کربن، این صنعت می‌تواند نقشی مهم در گذار به انرژی‌های پاک ایفا کند.
