در سال‌های اخیر، مسائل محیط زیستی و تغییرات اقلیمی به یکی از چالش‌های اساسی جهانی تبدیل شده‌اند که نیازمند راهکارهای نوآورانه و پایدار هستند. در این راستا، هیدروژن سبز به عنوان یکی از کلیدی‌ترین عناصر انتقال به اقتصاد کم‌کربن شناخته می‌شود. هیدروژن سبز که از طریق الکترولیز آب با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر تولید می‌شود، نقش مهمی در کاهش انتشار کربن دی‌اکسید ایفا می‌کند و می‌تواند جایگزینی پاک و کارآمد برای سوخت‌های فسیلی فراهم آورد. نقشه راه گذار انرژی مبتنی بر هیدروژن سبز در آمریکا در چشم انداز 2050 در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است.
ایالات متحده آمریکا با تدوین نقشه راه جامع خود در زمینه هیدروژن سبز و فناوری‌های مرتبط مانند جذب و ذخیره کربن، گامی بلند به سوی دستیابی به اهداف زیست‌محیطی و اقتصادی بلندمدت برداشته است. نقشه راه آمریکا شامل مراحل مختلفی از کربن‌زدایی، توسعه زیرساخت‌های هیدروژنی، کاهش هزینه‌های تولید و افزایش پذیرش عمومی می‌باشد. به ویژه ایالت کالیفرنیا با هدف‌های بلندپروازانه خود در زمینه تولید خودروهای پیل سوختی و ایجاد ایستگاه‌های سوخت‌رسانی هیدروژنی، نمونه‌ای بارز از این تلاش‌هاست.
در این مقاله، به بررسی دقیق نقشه راه هیدروژن در ایالات متحده آمریکا از سال ۲۰۲۰ تا ۲۰۵۰ پرداخته می‌شود. مراحل مختلف این نقشه راه شامل دوره‌های آغازین کربن‌زدایی، دوره توسعه گسترده تولید هیدروژن، و فاز تنوع‌بخشی و تثبیت اقتصاد هیدروژنی بررسی می‌شوند. همچنین تاثیرات این اقدامات بر کاهش گازهای گلخانه‌ای، توسعه اقتصادی، و مقابله با تغییرات اقلیمی مورد تحلیل قرار می‌گیرد. با نگاهی به پیشرفت‌های فناوری و سیاست‌گذاری‌های کلان، این مقاله تلاش دارد تا نقشی که هیدروژن سبز می‌تواند در ساختن آینده‌ای پایدار و کم‌کربن ایالات متحده ایفا کند، را به تصویر بکشد.
ایالات متحده آمریکا قصد دارد با افزایش اعتبار مالیاتی به ذخیره‌سازی کربن‌دی‌اکسید در سازه‌های زمین‌شناسی، انگیزه‌های مالی را برای این فرآیند تقویت کند. در همین راستا، ایالت کالیفرنیا نقش فعالی در کاهش انتشار کربن تا سال 2030 ایفا می‌کند و توسعه هیدروژن کم‌کربن را به شدت تشویق می‌نماید. این ایالت بلندپروازانه هدف‌گذاری کرده است که تا سال 2030، یک میلیون خودروی پیل سوختی تولید و ۱۰۰۰ ایستگاه سوخت‌رسانی هیدروژنی تأسیس کند. استراتژی‌ها و اقدامات کلان این کشور برای انتقال به هیدروژن در شکل زیر به تفصیل آمده است. در ادامه، گام‌های برنامه‌ریزی شده این کشور برای دستیابی به این اهداف مورد بررسی قرار می‌گیرد.
دوره آغازین (۲۰۲۰-۲۰۲۲) – تقویت پایه‌های کربن‌زدایی و پذیرش عمومی هیدروژن
در دو تا سه سال اول برنامه، تمرکز اصلی بر کربن‌زدایی از طریق فناوری‌های مرتبط با هیدروژن در بیشتر ایالت‌ها خواهد بود. این اقدام مطابق با سیاست‌ها و استانداردهای برنامه‌ریزی شده در این حوزه پیش می‌رود. علاوه بر این، مشوق‌ها و استانداردها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که آگاهی و پذیرش عمومی نسبت به تکنولوژی هیدروژن را افزایش دهند و استفاده آزمایشی از هیدروژن در کاربردهای مختلف را تسهیل کنند.
این دوره با تمرکز بر کاربردهای اولیه تجاری در بازارهای اولیه همراه است. به عنوان مثال، ساخت لیفتراک‌های با پیل سوختی در سراسر کشور و استقرار بیشتر وسایل نقلیه سبک و سنگین با تامین انرژی از طریق پیل سوختی در کالیفرنیا از اولویت‌های اصلی این دوره محسوب می‌شوند. همچنین، رشد تقاضا برای اولین تاسیسات اختصاصی تولید هیدروژن برای حمل و نقل نیز در این سال‌ها شاهد افزایش خواهد بود.
استفاده بیشتر از هیدروژن به صورت اختلاط در شبکه گاز به منظور آماده‌سازی برای پذیرش گسترده‌تر هیدروژن نیز دنبال می‌شود. در پایان سال ۲۰۲۲، بازار ایالات متحده قادر خواهد بود در تمامی بخش‌ها به مجموع ۱۲ میلیون تن هیدروژن دست یابد که این رقم نسبت به وضعیت فعلی حدود ۱ میلیون تن افزایش قابل توجهی دارد. همچنین، پیش‌بینی می‌شود حدود سی هزار وسیله نقلیه با تامین انرژی از پیل سوختی به بازار عرضه شوند.
دوره توسعه گسترده (۲۰۲۳-۲۰۲۵) – گسترش تولید و کاهش هزینه‌ها
تا سال ۲۰۲۵، تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ به طور چشمگیری توسعه خواهد یافت. این توسعه منجر به کاهش نسبی هزینه‌ها در صنعت هیدروژن و افزایش گستردگی کاربردهای آن می‌شود. در این مرحله، اولین تاسیسات تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ با استفاده از الکترولیز آب از انرژی‌های تجدیدپذیر، پالایش گاز طبیعی مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر یا جذب و ذخیره کربن ساخته خواهند شد.
با گسترش این صنعت در مقیاس بزرگ‌تر، هزینه‌های تولید کاهش می‌یابد و امکان‌پذیر شدن کاربردهای جدید را فراهم می‌کند. تجهیزات مرتبط با هیدروژن، به ویژه خودروی پیل سوختی و تجهیزات ایستگاه سوخت‌رسانی، نیز افزایش می‌یابد که این امر امکان بهبود هزینه و عملکرد را فراهم می‌کند.
کامیون‌های برقی پیل سوختی متوسط و سنگین و مدل‌های سبک جدید خودروهای پیل سوختی به بازار عرضه خواهند شد و این عرضه به طور پیوسته افزایش می‌یابد. نسل دوم ایستگاه‌های سوخت هیدروژن با توان بالا برای وسایل نقلیه متوسط و سنگین، پذیرش در ناوگان‌های تجاری را در بازارهای اولیه افزایش می‌دهد.
برای گرمایش ساختمان، کشورهای پیشرو شروع به ترکیب هیدروژن در درصدهای کوچک در شبکه‌های توزیع گاز می‌کنند. علاوه بر این، استفاده از سلول‌های سوختی هیدروژنی فراتر از مراکز داده و برج‌های مخابراتی جدید ساخته شده و تولید پشتیبان برای ساختمان‌ها گسترش می‌یابد. بازارهای هیدروژن موجود نیز شروع به تبدیل به منابع هیدروژن کم‌کربن به عنوان خوراک صنعت می‌کنند.
در پایان سال ۲۰۲۵، کل تقاضای هیدروژن می‌تواند به ۱۳ میلیون تن در کاربردهای مختلف برسد و تا ۱۵۰ هزار دستگاه خودروی پیل سوختی سبک، متوسط و سنگین به فروش خواهد رسید.
دوره تنوع‌بخشی و گسترش اقتصادی (۲۰۲۶-۲۰۳۰) – ایجاد زیرساخت‌های گسترده و توسعه بازار هیدروژن
در فاز ۲۰۲۶ تا ۲۰۳۰، تمرکز اصلی بر ایجاد تنوع در استفاده از هیدروژن در بخش‌های مختلف خواهد بود. در این بازه زمانی، استفاده گسترده از مسیرهای مختلف تولید هیدروژن و افزایش مقیاس بزرگ تولید هیدروژن الکترولیتی، پیوندی محکم با شبکه‌های برق و تولید برق از منابع تجدیدپذیر ایجاد می‌کند. در بخش حمل‌ونقل، استفاده از هیدروژن در مسافت‌های متوسط و طولانی در سراسر ایالات متحده گسترش خواهد یافت. این گسترش ناشی از توسعه زیرساخت‌های ایستگاه سوخت‌رسانی هیدروژنی با کارکرد سنگین و توان بالا و اتصال شبکه‌های منطقه‌ای به یکدیگر برای پوشش سراسری کشور است.
اکثریت ایالت‌ها در حال اجرای نقشه‌های راه هیدروژن خود هستند، زیرساخت‌های سوخت‌رسانی گسترده‌ای ایجاد می‌کنند و بازار خودروهای پیل سوختی را تاسیس می‌نمایند. سوخت مصنوعی مبتنی بر هیدروژن برای حمل‌ونقل هوایی و کشتیرانی نیز به دلیل تلاش این صنایع برای کربن‌زدایی از عرضه سوخت خود، افزایش خواهد یافت.
در پایان سال ۲۰۳۰، تقاضای هیدروژن در سراسر کشور به ۱۷ میلیون تن خواهد رسید. همچنین، ۲.۱ میلیون خودروی پیل سوختی فروخته شده و ۳۰۰ هزار ایستگاه سوخت‌رسانی در سراسر کشور فعال خواهند شد. با کاهش هزینه‌های تولید هیدروژن و توسعه زیرساخت‌های موجود، سیستم‌های هیدروژنی قادر خواهند بود با سایر صنایع رقابت کنند. اقتصاد هیدروژنی، سرمایه‌گذاران را به توسعه و افزایش صنایعی مرتبط با هیدروژن جذب خواهد کرد و تا سال ۲۰۳۰، سرمایه‌گذاری در این حوزه به صورت سالانه به ۸ میلیارد دلار برآورد می‌شود.
فاز پس از ۲۰۳۰: تثبیت و گسترش گسترده هیدروژن در اقتصاد ملی
پس از سال ۲۰۳۰، هیدروژن به صورت گسترده در ایالات متحده مستقر می‌شود و صنایع مختلف از طریق قیمت‌گذاری مناسب به برابری هزینه با جایگزین‌های سوخت فسیلی دست می‌یابند. با گذشت زمان، تاسیسات تولید هیدروژن مبتنی بر سوخت فسیلی به سیستم‌های جذب و ذخیره کربن مجهز می‌شوند و رقابت آزاد بین روش‌های مختلف تولید هیدروژن کم‌هزینه و کم‌کربن شکل می‌گیرد. زیرساخت‌های اصلی اقتصاد هیدروژن از طریق ظهور تاسیسات تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ و کم‌کربن در سراسر ایالات متحده تحکیم می‌یابد. شبکه خط لوله توزیع هیدروژن و زیرساخت ایستگاه‌های سوخت‌رسانی بزرگ به‌شدت توسعه خواهد یافت.
طیف گسترده‌ای از مدل‌های خودروهای پیل سوختی برای رفع نیازهای مختلف مشتریان در دسترس قرار می‌گیرد. این امر منجر به کربن‌زدایی در بخش‌های صنعتی، کربن‌زدایی گسترده ساختمان‌ها و افزایش سهم خودروهای برقی با انتشار صفر در جاده‌ها می‌شود که کاهش قابل توجهی در گازهای گلخانه‌ای به دنبال دارد. علاوه بر تولید برای بازار داخلی، صادرات فناوری و هیدروژن به اروپا و آسیا به اقتصاد ایالات متحده افزوده خواهد شد. کل درآمد صنعت هیدروژن در ایالات متحده تا سال ۲۰۵۰ به ۷۵۰ میلیارد دلار در سال می‌رسد که شامل تقاضای هیدروژن به میزان ۶۳ میلیون تن و تمام تجهیزات مرتبط، از جمله خودروهای پیل سوختی می‌باشد.
جمع‌بندی
در این مقاله، نقشه راه گذار انرژی و تحول هیدروژن سبز در ایالات متحده آمریکا تا سال ۲۰۵۰ مورد بررسی قرار گرفت. از افزایش اعتبار مالیاتی و تشویق‌های کربن‌زدایی در دو سال اول، تا توسعه گسترده تولید و کاهش هزینه‌ها در دوره توسعه اولیه، و در نهایت تنوع‌بخشی و تثبیت اقتصاد هیدروژنی در سال‌های پایانی، هر مرحله نقش مهمی در پیشبرد این فناوری ایفا کرده است. با ایجاد زیرساخت‌های گسترده، کاهش هزینه‌های تولید، و افزایش پذیرش عمومی، هیدروژن به عنوان یک جایگزین پاک و پایدار برای سوخت‌های فسیلی در صنایع مختلف جایگاه خود را تثبیت کرده و سهم قابل توجهی در کاهش گازهای گلخانه‌ای و مقابله با تغییرات اقلیمی ایفا می‌کند. سرمایه‌گذاری‌های مستمر و توسعه فناوری‌های نوین، مسیر پیشرفت اقتصادی و زیست‌محیطی ایالات متحده را به سمت یک آینده پایدار و کم‌کربن هدایت می‌کند.
