مروری بر روند توسعه هیدروژن پاک در جهان

در دنیای امروز، که تغییرات اقلیمی و نیاز به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای به چالش‌های مهم جهانی تبدیل شده‌اند، توسعه زیرساخت‌های مرتبط با انرژی‌های تجدید پذیر و حامل‌های انرژی تجدید پذیر از اهمیت ویژه‌ایی برخوردار است. هیدروژن پاک (هیدروژن سبز؛ تولید شده مبتنی بر الکترولیز آب و برق تجدید پذیر و هیدروژن آبی؛ تولید شده مبتنی بر سوخت‌های فسیلی همراه با فرایند جذب، ذخیره و استفاده از کربن دی اکسید (CCUS) منتشر شده) نیز به ‌عنوان یکی از مهم‌ترین راهکارها برای تأمین پایدار انرژی پاک و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی در صنایع و کاربرد‌های مختلف، در کانون توجه کشورهای مختلف قرار گرفته است. طی سال‌های گذاشته روند تقاضا هیدروژن در صنایع مختلف رو به افزایش بوده و کشورهای مختلف به دنبال توسعه زیرساخت‌های لازم برای توسعه فناوری‌های مبتنی بر هیدروژن پاک هستند.

(جهت مطالعه مقاله “منابع، فناوری‌ها و تأثیرات محیط زیستی تولید هیدروژن” اینجا کلیک کنید)

(جهت مطالعه مقاله “نگاهی کلان به زنجیره ارزش جذب، ذخیره و استفاده از کربن (CCUS)” اینجا کلیک کنید)

در حال حاضر روند تولید هیدروژن پاک از طریق الکترولایزرها و انرژی‌های تجدید پذیر (هیدروژن سبز) و همچنین مبتنی بر سوخت‌های فسیلی همراه با فناوری‌های جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCUS) [1] (هیدروژن آبی) به سرعت در حال پیشرفت است.

 در شکل زیر ظرفیت اسمی الکترولایزر‌های نصب شده و همچنین ظرفیت اسمی تولید سالانه الکترولایزر‌ها طی سال‌های 2021 تا 2024 نشان داده شده است. بر این اساس ظرفیت اسمی الکترولایزر‌های نصب شده در جهان 9 برابر و ظرفیت تولید سالیانه هیدروژن در واحد‌های الکترولیز آب 4 برابر افزایش یافته است.

در شکل زیر نیز روند تولید هیدروژن پاک (هیدروژن سبز و آبی) طی 4 سال گذشته نشان داده شده است. بر اساس مطالعات انجام شده از سال 2021 تا 2024 ظرفیت تولید هیدروژن پاک از 0.6 میلیون تن در سال با 50 درصد افزایش به مقدار 1 میلیون تن در سال افزایش پیدا کرده است. اما همچنان تولید هیدروژن پاک سهم بسیار ناچیزی از کل تقاضا هیدروژن در جهان را به خود اختصاص داده است.

از طرفی سرمایه‌گذاری‌های انجام شده در زمینه احداث و توسعه زیرساخت‌ واحد‌های الکترولیز آب رشد قابل توجهی داشته. در سال ۲۰۲۱، ظرفیت تولید الکترولایزرها ۹ گیگاوات بود، اما این مقدار تا سال ۲۰۲۴ به ۴۱ گیگاوات خواهد رسید. این افزایش چهار برابری نشان دهنده افزایش حدود 23 برابری سرمایه‌گذاری در این حوزه است. به طوری که میزان سرمایه گذاری در این بخش از 0.3 میلیارد دلار در سال 2021 به 7 میلیارد دلار در سال 2024 افزایش پیدا کرده است.

چین به عنوان یکی از پیشگامان عرصه فناوری‌های پاک، نقشی اساسی در توسعه الکترولایزرها و هیدروژن پاک و کم‌کربن ایفا می‌کند. ظرفیت پروژه‌های احداث واحد‌های الکترولایزر که به مرحله تصمیم‌گیری نهایی جهت سرمایه‌گذاری (FID)[1] رسیده است در جهان به ۲۰ گیگاوات رسیده است که 5_/6 گیگاوات آن تنها در یک سال گذشته به ثبت رسیده است. چین با اختصاص بیش از ۴۰ درصد از این سرمایه‌گذاری‌ها، جایگاه رهبری خود را در این بازار تثبیت کرده است. این جایگاه به دلیل توانایی چین در تولید انبوه فناوری‌های پاک است، و هم اکنون ۶۰ درصد از ظرفیت تولید الکترولایزرهای جهان را در اختیار دارد.

کشور‌های پیشرو در توسعه الکترولایزر‌ها و تولید هیدروژن پاک

انتظار می‌رود روند توسعه فناوری‌ الکترولایزر در چین، همان‌طور که در صنعت پنل‌های خورشیدی و باتری‌ها اتفاق افتاد، منجر به کاهش هزینه‌های تولید و سرمایه گذاری الکترولایزرها شود. علاوه بر این، بسیاری از شرکت‌های بزرگ چینی تولید کننده پنل‌های خورشیدی وارد بازار الکترولایزرها شده‌اند و اکنون حدود یک‌سوم از ظرفیت تولید الکترولایزر چین را در دست دارند.

البته سایر مناطق جهان نیز به سرعت در حال افزایش سرمایه‌گذاری‌های خود در این حوزه هستند. در اروپا، سرمایه‌گذاری‌در پروژه‌های الکترولایزر چهار برابر شده و ظرفیت پروژه‌های تعریف شده به بیش از ۲ گیگاوات رسیده است. هند نیز با یک پروژه  1.3 گیگاواتی به یکی از بازیگران کلیدی این عرصه تبدیل شده است. نوآوری در فناوری با سرعت بیشتری در حال پیشرفت است و نشانه‌ها حاکی از تسریع این روند در آینده نزدیک است.

از سال ۲۰۱۶، سرمایه‌گذاری دولت‌ها در تحقیق، توسعه و نوآوری مرتبط با فناوری‌های هیدروژنی به طور مداوم در حال افزایش بوده و اکنون نتایج این تلاش‌ها به تدریج در حال آشکار شدن است. تاکنون، بیشتر پیشرفت‌ها در بخش تأمین تجهیزات بوده است و بسیاری از فناوری‌های مربوطه یا به مرحله تجاری‌سازی رسیده‌اند یا به زودی آماده عرضه به بازار خواهند بود. علاوه بر این، نتایج امیدوارکننده‌ای در مورد فناوری‌های مرتبط با مصرف نهایی هیدروژن به دست آمده است، به ویژه در صنایعی که از هیدروژن به عنوان سوخت برای تولید برق استفاده می‌شو.

در حوزه حمل‌ونقل نیز، به‌ویژه در بخش حمل‌ونقل دریایی، پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده است. این روند نوآوری در سال ۲۰۲۲ با افزایش ۴۷ درصدی تعداد ثبت اختراعات مرتبط با هیدروژن همراه بود، که بیشتر این رشد ناشی از فناوری‌هایی است که هدف اصلی آن‌ها مقابله با تغییرات اقلیمی است. افزایش ثبت اختراعات نشان‌دهنده آن است که تأمین مالی بیشتر برای تحقیق و توسعه، همراه با افزایش فرصت‌های پیش رو در زنجیره ارزش هیدروژن و همچنین سیاست‌های حمایتی، باعث ظهور ایده‌های نوآورانه و توسعه محصولات با پتانسیل تجاری بالا شده است.

بر اساس پیش‌بینی‌های انجام شده توسط مراجع بین المللی هیدروژن پاک در کوتاه‌مدت گران باقی خواهد ماند، اما انتظار می‌رود هزینه‌های سرمایه گذاری با توجه به پیشرفت‌های به دست آمده در بخش تحقیق و توسعه به طور قابل توجهی کاهش یابد.

طبق سناریوی انتشار صفر خالص (Net Zero) آژانس بین‌المللی انرژی، انتظار می‌رود تا سال ۲۰۳۰ هزینه تولید هیدروژن پاک مبتنی بر برق تجدیدپذیر به ۲ تا ۹ دلار به ازای هر کیلوگرم کاهش پیدا کند، که این مقدار تقریباً نصف هزینه‌های کنونی است. در این زمان، اختلاف هزینه میان تولید هیدروژن پاک و هیدروژن تولید شده از سوخت‌های فسیلی، که امروز بین 5_/1 تا ۸ دلار به ازای هر کیلوگرم هیدروژن است، به حدود ۱ تا ۳ دلار به ازای هر کیلوگرم کاهش پیدا خواهد کرد.این کاهش هزینه‌ها، می‌تواند گامی مهم در جهت رقابت‌پذیری هیدروژن پاک و گسترش استفاده از آن به‌عنوان یک منبع انرژی پایدار و جایگزین برای سوخت‌های فسیلی باشد.

این کاهش هزینه‌ها برای تمامی کاربرد‌های هیدروژن مفید خواهد بود، اما میزان تأثیر آن بر رقابت‌پذیری هر پروژه در صنایع مختلف متفاوت خواهد بود.

در سطح جهانی نیز، تا سال ۲۰۳۰، بیش از ۵ میلیون تن در سال هیدروژن کم‌کربن با هزینه‌ای رقابتی نسبت به هیدروژن مبتنی بر سوخت‌های فسیلی تولید خواهد شد. حتی امکان تولید تا ۱۲ میلیون تن در سال با اختلاف قیمتی ۱.۵ دلار به ازای هر کیلوگرم هیدروژن نیز وجود دارد. این موضوع می‌تواند هیدروژن پاک را به یک گزینه پایدار و اقتصادی در سطح جهان تبدیل کند.

شکاف هزینه‌ای تولید هیدروژن پاک در کوتاه‌مدت همچنان چالشی جدی در توسعه زنجیره ارزش هیدروژن پاک است. اما برای محصولات نهایی که هیدروژن به عنوان ماده اولیه در آن‌ها استفاده می‌شود، این تأثیرات اغلب قابل مدیریت است. در زنجیره ارزش هیدروژن، هزینه اضافی ناشی از تولید هیدروژن پاک به تدریج کاهش می‌یابد و افزایش جزئی در قیمت محصولات نهایی خواهد داشت.

به‌ عنوان مثال، در حال حاضر استفاده از فولاد تولید شده مبتنی بر هیدروژن سبز در ساخت خودروهای برقی تنها حدود ۱ درصد به قیمت نهایی این خودروها اضافه می‌کند. این نشان می‌دهد که با وجود چالش‌های اولیه در بخش تولید، تأثیرات نهایی بر روی بازار مصرف و قیمت‌های نهایی محصولات، قابل کنترل و مدیریت است.

جمع‌بندی

صنعت هیدروژن در جهان با رشد سریعی مواجه است که عمدتاً ناشی از تعریف پروژه‌های الکترولایزر و استفاده از فناوری‌های جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCUS) است. این رشد چشمگیر نشان‌دهنده تغییر جهت به سمت انرژی‌های پاک‌تر است. اما، موانع متعددی در مسیر تحقق این پتانسیل وجود دارد. برای رسیدن به اهداف تعیین شده، به برنامه‌ریزی‌های دقیق‌تر، سیاست‌گذاری‌های شفاف‌تر، و توسعه زیرساخت‌های مناسب نیاز است. آینده تولید هیدروژن نه تنها به فناوری بلکه به هماهنگی میان صنایع، دولت‌ها، و سرمایه‌گذاران وابسته است. ایران نیز با دارا بودن منابع طبیعی فراوان، می‌تواند نقش قابل توجهی در آینده این بازار داشته باشد، اما بهره‌برداری از این فرصت‌ها نیازمند اقدام‌های موثر و برنامه‌ریزی‌های استراتژیک است. این رویکرد نه تنها به کاهش وابستگی ایران به صادرات نفت و گاز کمک می‌کند، بلکه کشور را در بازار جهانی هیدروژن به یکی از بازیگران کلیدی تبدیل می‌نماید. علاوه بر این، توسعه بازارهای داخلی برای مصرف هیدروژن تولیدی می‌تواند به کاهش انتشار کربن و آلودگی هوا در داخل کشور نیز منجر شود.

مراجع

IEA 2024

IEA

[1] Final investment decision

[1] Carbon Capture Utilization and Storage