در سال‌های اخیر، با افزایش نگرانی‌های جهانی در مورد تغییرات اقلیمی و اثرات نامطلوب سوخت‌های فسیلی، انرژی‌های تجدیدپذیر به محور اصلی تلاش‌ها برای کاهش آلایندگی‌ها تبدیل شده‌اند. در این میان، هیدروژن سبز و سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن به عنوان منابعی با پتانسیل بالا برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی در بخش‌های مختلف حمل‌ونقل، نقش کلیدی ایفا می‌کنند. این منابع انرژی به دلیل ویژگی‌های کم‌آلایندگی، می‌توانند برای دستیابی به اهداف زیست‌محیطی و حرکت به سمت انتشار صفر خالص، اهمیت ویژه‌ای داشته باشند.
حمل‌ونقل جاده‌ای، کشتیرانی، راه‌آهن و هوانوردی، از جمله بخش‌هایی هستند که می‌توانند از مزایای هیدروژن و سوخت‌های مبتنی بر آن بهره‌مند شوند. خودروهای برقی پیل سوختی و کامیون‌های هیدروژنی تا سال 2030 نقش چشمگیری در کاهش آلایندگی جاده‌ای خواهند داشت، در حالی که استفاده از هیدروژن و آمونیاک در کشتیرانی و ذخیره‌سازی این سوخت‌ها در بنادر در حال گسترش است. همچنین در حمل‌ونقل ریلی، استفاده از هیدروژن برای جایگزینی خطوط دیزلی آغاز شده و در حمل‌ونقل هوایی، سوخت‌های سنتزی مبتنی بر هیدروژن به عنوان گزینه‌های مناسب برای کاهش آلایندگی در حال بررسی و توسعه هستند.
در این مقاله، به بررسی چشم‌اندازها و چالش‌های پیش‌رو برای استقرار هیدروژن سبز و سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن در بخش‌های مختلف حمل‌ونقل خواهیم پرداخت و نقش این فناوری‌ها در دستیابی به اهداف جهانی کاهش آلایندگی و توسعه زیرساخت‌های مربوطه را مورد ارزیابی قرار خواهیم داد.
حمل‌ونقل جاده‌ای: آینده هیدروژن و خودروهای برقی پیل سوختی
در پیش‌بینی‌ها برای سال 2030، خودروهای جاده‌ای همچنان پرچم‌دار مصرف سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن خواهند بود. این نقش در هر دو سناریوی کلیدی، یعنی «تعهدات اعلام‌شده» و «انتشار خالص صفر»، نمود پیدا می‌کند؛ به طوری که 58 درصد از مصرف سوخت در سناریوی اول و 45 درصد در سناریوی دوم به خودروهای هیدروژنی اختصاص داده می‌شود. با فرض افزایش استقبال از خودروهای برقی پیل سوختی، پیش‌بینی می‌شود تا سال 2030، شمار این خودروها به بیش از 6 میلیون در سناریوی تعهدات اعلام‌شده و 15 میلیون در سناریوی انتشار صفر برسد. بخش عمده‌ای از این خودروها را مدل‌های سواری سبک تشکیل خواهند داد که در دسته‌بندی خودروهای بدون آلایندگی قرار می‌گیرند.
از نظر سهم بازار، خودروهای برقی پیل سوختی از سال 2020 تا 2030 در سناریوی تعهدات اعلام‌شده حدود 75 درصد کل خودروهای بدون آلایندگی جاده‌ای را به خود اختصاص خواهند داد؛ اما در سناریوی انتشار صفر، این میزان به 70 درصد کاهش می‌یابد. چنین تفاوتی عمدتاً به اثرات سیاست‌های حمایتی و یارانه‌های دولتی و ترجیح مصرف‌کنندگان برای عواملی مانند سرعت سوخت‌گیری و سهولت شارژ بستگی دارد.
مقایسه اقتصادی و کارآمدی خودروهای پیل سوختی و برقی
کارایی بالا و هزینه‌های کل مالکیت پایین‌تر از دلایل اصلی پیش‌بینی موفقیت خودروهای برقی پیل سوختی در جاده‌هاست. با این حال، انتظار می‌رود در سال 2030، تنها 1 درصد از فروش خودروها در سناریوی تعهدات اعلام‌شده و 3 درصد در سناریوی انتشار صفر به خودروهای پیل سوختی اختصاص یابد، در حالی که این ارقام برای خودروهای برقی به ترتیب 29 و 60 درصد خواهد بود. این تفاوت‌ها بیانگر اهمیت سیاست‌های تشویقی و اقتصادی در جهت‌دهی به مصرف‌کنندگان برای انتخاب نوع سوخت است.
اتوبوس‌ها و کامیون‌های پیل سوختی؛ نوآوری در حمل‌ونقل مسافت‌های طولانی
از جمله بخش‌هایی که در آن فناوری پیل سوختی در حال دستیابی به موفقیت است، اتوبوس‌های بین‌شهری و کامیون‌های مسافت‌های طولانی هستند. طبق سناریوی تعهدات اعلام‌شده، در سال 2030 حدود 3.7 درصد از فروش اتوبوس‌ها به نوع پیل سوختی تعلق خواهد داشت که به دلیل مزیت‌های خاص این فناوری نسبت به باتری‌های برقی در مسافت‌های طولانی می‌باشد. همچنین کامیون‌های پیل سوختی با برد بیشتر، زمان سوخت‌گیری سریع و ظرفیت بارگیری بالا می‌توانند نقش مشابهی با کامیون‌های دیزلی ایفا کنند و به یکی از عوامل کلیدی کاهش آلایندگی در حمل‌ونقل طولانی‌مدت تبدیل شوند.
پیشرفت و چالش‌های خودروهای پیل سوختی در حمل‌ونقل جاده‌ای
در سناریوی انتشار خالص صفر، اتوبوس‌های پیل سوختی تا سال 2030 به بالاترین سهم فروش در میان وسایل نقلیه جاده‌ای دست می‌یابند و 1.6 درصد از کل فروش را به خود اختصاص می‌دهند. همچنین، با توسعه سریع فناوری و گسترش زیرساخت‌های مورد نیاز، کامیون‌های پیل سوختی نیز سهمی برابر با 4.7 درصد از بازار را کسب خواهند کرد. با این حال، به دلیل هزینه‌های بالاتر سوخت‌های سنتزی مصنوعی نسبت به سایر گزینه‌های کم‌کربن یا بی‌کربن، استفاده از این سوخت‌ها در حمل‌ونقل جاده‌ای محدود مانده است و عمدتاً پیل‌های سوختی گزینه‌ی اقتصادی‌تری به شمار می‌روند.
اهداف جهانی و رشد تولید سالانه پیل سوختی
در سال 2019، وزارت انرژی هیدروژنی با انتشار یک دستور کار جهانی، هدف‌گذاری خود را برای استقرار 10 میلیون سیستم پیل سوختی در وسایل نقلیه مختلف مانند خودروها، قطارها، کشتی‌ها و لیفتراک‌ها تا سال 2030 اعلام کرد. در پی این هدف‌گذاری، ظرفیت تولید سالانه پیل سوختی از سال 2019 تا 2020 دو برابر شد؛ اما روند استقرار خودروهای برقی پیل سوختی در سال 2020 همچنان حدود 20 درصد کمتر از سطح سال 2019 بود و با توجه به مقیاس موردنیاز، بسیار پایین‌تر از میانگین سالانه‌ای بود که برای تحقق هدف تعیین شده لازم است. حتی در نظر گرفتن تجهیزاتی مانند لیفتراک‌ها که تعداد حدود 10 هزار دستگاه از آنها در سال 2020 به‌کار گرفته شدند، نتوانست به پیشبرد کافی این هدف‌گذاری بلندپروازانه کمک کند، و به همین دلیل، توسعه سریع و مقیاس بزرگ فراتر از پیش‌بینی‌های موجود ضروری به نظر می‌رسد.
ظرفیت تولید سالانه و تطابق با اهداف جهانی
بر اساس اعلام ظرفیت تولید تا سال 2030، تولید سالانه 1.3 میلیون سیستم پیل سوختی می‌تواند 75 درصد از نیاز بازار وسایل نقلیه جاده‌ای را در سناریوی تعهدات اعلام‌شده تأمین کند، اما در سناریوی انتشار خالص صفر تنها قادر به تأمین کمتر از یک‌سوم این نیاز خواهد بود (شکل زیر). نکته حائز اهمیت این است که ظرفیت‌های اعلام‌شده، از برخی اهداف و جاه‌طلبی‌های کشورهای مختلف و گروه‌های صنعتی نیز فراتر رفته است. به‌عنوان مثال، انجمن مهندسین خودرو چین و مشارکت پیل سوختی کالیفرنیا از جمله سازمان‌هایی هستند که اهداف بلندپروازانه‌ای برای توسعه و گسترش وسایل نقلیه برقی پیل سوختی تعیین کرده‌اند.
نیازمندی‌های زیرساختی برای استقرار خودروهای پیل سوختی تا سال 2030
برای استقرار موفقیت‌آمیز خودروهای برقی پیل سوختی تا سال 2030، برآورد شده است که در سناریوی تعهدات اعلام‌شده، تعداد 27 هزار ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن موردنیاز خواهد بود؛ در حالی که در سناریوی انتشار خالص صفر، به حدود 18 هزار ایستگاه نیاز است. با توجه به حساسیت این برآوردها نسبت به ظرفیت و نحوه استفاده از ایستگاه‌ها، میزان دقیق آن ممکن است بر اساس تغییرات تقاضا و پیشرفت‌های زیرساختی متغیر باشد. در سناریوی تعهدات اعلام‌شده، رشد اندازه ایستگاه‌ها و میزان استفاده از آنها نسبت به سناریوی انتشار صفر خالص کندتر خواهد بود. به همین دلیل، حتی با وجود تعداد کمتری از خودروهای پیل سوختی، تعداد بیشتری ایستگاه در این سناریو لازم است. در سناریوی انتشار خالص صفر، ظرفیت ایستگاه‌های هیدروژن تا سال 2030 می‌تواند به بیش از 50 تن در روز برسد؛ در حالی که در سناریوی تعهدات اعلام‌شده، این ظرفیت کمتر از 20 تن در روز برآورد شده است.
حمل‌ونقل غیرجاده‌ای: هیدروژن و آمونیاک در صنعت کشتیرانی
صنعت کشتیرانی به عنوان دومین مصرف‌کننده بزرگ سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن در میان بخش‌های حمل‌ونقل در سال 2030 شناخته می‌شود و این جایگاه را در هر دو سناریوی تعهدات اعلام‌شده و انتشار خالص صفر حفظ می‌کند. در سناریوی تعهدات اعلام‌شده، تقاضا برای هیدروژن و آمونیاک در صنعت کشتیرانی محدود است و مجموعاً حدود 1 درصد از تقاضای کل سوخت را پوشش می‌دهد. در حالی که در سناریوی انتشار خالص صفر، آمونیاک 8 درصد و هیدروژن 2 درصد از کل تقاضای سوخت حمل‌ونقل کشتیرانی را تأمین خواهد کرد. این افزایش تقاضا بیانگر روند رو به رشد به‌کارگیری سوخت‌های کم‌کربن و سازگار با محیط زیست در این صنعت است که می‌تواند نقشی حیاتی در کاهش آلایندگی‌های ناشی از حمل‌ونقل دریایی ایفا کند.
زیرساخت‌های موردنیاز برای استفاده از هیدروژن و آمونیاک در کشتیرانی و راه‌آهن
برای به‌کارگیری سوخت‌های هیدروژنی و آمونیاکی در صنعت کشتیرانی، نیاز به ایجاد زیرساخت‌های ذخیره‌سازی در بنادر است. انتظار می‌رود که تا سال 2030 تنها تعدادی از بنادر به این زیرساخت‌ها دسترسی داشته باشند؛ این بنادر شامل آن‌هایی می‌شود که به عنوان “اولین محرک‌ها” شناخته می‌شوند و از پیش اقدام به تحقیق و آزمایش راهکارهای مبتنی بر هیدروژن کرده‌اند. نمونه‌هایی از این بنادر شامل بندر والنسیا، هونولولو، اوکلند، لس‌آنجلس و آنتورپ است که با پیوستن به ائتلاف جهانی بنادر هیدروژن، در این مسیر پیشگام شده‌اند.
همچنان که هیدروژن جایگزین سوخت‌های فسیلی در کشتی‌های با برد کوتاه می‌شود (به‌ویژه در مواردی که برق‌رسانی با باتری به دلیل محدودیت‌ها دشوار است)، به نظر می‌رسد تمامی بنادری که به کشتی‌های مسافربری و تجاری خدمات می‌دهند، در آینده به زیرساخت‌های هیدروژنی نیاز خواهند داشت. در سناریوی انتشار خالص صفر، پیش‌بینی شده که حدود ده بندر به عنوان اولین ارائه‌دهندگان خدمات ذخیره‌سازی آمونیاک شناخته شوند. این بنادر به دلیل ظرفیت بالای بارگیری دریایی یا برنامه‌های فعلی برای ادغام سوخت‌های کم‌کربن انتخاب شده‌اند و شامل بنادر برجسته‌ای مانند روتردام و سنگاپور (از جمله ده بندر برتر جهان از نظر ظرفیت کانتینری) و بندر کلهین در خلیج توکیو ژاپن می‌شوند.
استفاده از هیدروژن در راه‌آهن: جایگزینی خطوط دیزلی
در صنعت حمل‌ونقل ریلی نیز، هیدروژن به عنوان جایگزین مناسبی برای خطوط دیزلی شناخته شده است. این جایگزینی بیشتر برای مسیرهایی انجام می‌شود که به‌دلیل پایین بودن حجم استفاده، برقی‌سازی آنها هزینه‌بر و غیراقتصادی است. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که در سناریوی تعهدات اعلام‌شده، هیدروژن تا سال 2030، سهمی معادل 0.7 درصد از مصرف انرژی ریلی را تشکیل می‌دهد، در حالی که در سناریوی انتشار خالص صفر این سهم به 2 درصد می‌رسد. این میزان اگرچه هنوز سهم کوچکی است، اما گامی در جهت کاهش آلایندگی‌های ناشی از سوخت‌های دیزلی به شمار می‌رود.
چشم‌انداز هیدروژن و سوخت‌های سنتزی مصنوعی در صنعت هوانوردی
پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهند که هواپیماهای مسافربری که برای استفاده مستقیم از هیدروژن طراحی شده‌اند، تا اواسط دهه 2030 یا بعدها به صورت تجاری عرضه نخواهند شد. با این حال، سوخت‌های سنتزی مبتنی بر هیدروژن که می‌توانند در هواپیماهای موجود مورد استفاده قرار گیرند، امکان‌پذیری بیشتری دارند و پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2030 وارد بازار هوانوردی شوند. در سناریوی تعهدات اعلام‌شده، سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن می‌توانند تنها 0.6 درصد از تقاضای سوخت هواپیما را تا سال 2030 پوشش دهند. این رقم در سناریوی انتشار خالص صفر به بیش از 1.6 درصد افزایش خواهد یافت که نشان‌دهنده تلاش‌های قابل توجه برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی با سوخت‌های پایدارتر است.
به دلیل محدودیت‌های موجود در تأمین کربن پایدار، بخش عمده‌ای از سوخت‌های سنتزی در هوانوردی برای پروازهای کوتاه‌مدت به کار گرفته می‌شود؛ جایی که برق‌رسانی با باتری و استفاده مستقیم از هیدروژن به‌عنوان سوخت همچنان چالش‌برانگیز است. با توجه به این محدودیت‌ها، این سوخت‌ها تنها به عنوان بخشی از راه‌حل‌های میان‌مدت تا طولانی‌مدت در مسیر دستیابی به کاهش آلایندگی هواپیماها تلقی می‌شوند. اهداف صنایع در مورد خودروهای برقی پیل‌سوختی در جدول زیر خلاصه شده است.
اعلامیه‌های صنعت حمل‌ونقل برای خودروهای برقی پیل سوختی (PLDV: وسیله نقلیه سبک سواری و LCV: وسیله نقلیه تجاری سبک؛ *: اگرچه ساخت کارخانه قبلاً آغاز شده است، تاریخ هدف برای عملیات مشخص نشده است).
| Company | Target | Target year | Vehicle category |
| BMW | Limited-series fuel cell SUV release | 2022 | PLDV |
| Jaguar Land Rover | Prototype testing of fuel cell SUV | End of 2021 | PLDV |
| Great Wall Motor | Fuel cell SUV release | 2021 | PLDV |
| Toyota Motor Corp. | Deployment of 600 FCEV taxis in greater Paris region | End of 2024 | PLDV |
| Riversimple | Production target of 5 000 fuel cell coupes/yr | 2023 | PLDV |
| Riversimple | Light goods vehicle model release | 2023 | LCV |
| Stellantis | Fuel cell van models release | 2021 | LCV |
| Renault and Plug Power | Light commercial vehicle models release | 2021 | LCV |
| Symbio and Safra | Availability of 1 500 buses | 2021 | Bus |
| Symbio and Safra | Construction of largest EU fuel cell plant (60 000 units/yr) | Unspecified* | Bus |
| H2Bus Consortium | Deployment of 600 fuel cell buses | 2023 | Bus |
| Daimler | Testing of GenH2 truck with liquid hydrogen onboard storage | 2021 | Truck |
| Air Products and Cummins | Conversion of ~2 000-truck fleet to hydrogen fuel cells | 2022+ | Truck |
| Nikola | Purchase order of up to 800 fuel cell trucks to US Anheauser-Busch | 2023+ | Truck |
| MAN | Deployment of hydrogen fuel cell demonstration fleet | 2024 | Truck |
| Hyzon | Purchase orders for 1 500 fuel cell trucks to Hiringa Energy in New Zealand; 20 to Jan Baaker and Millenaar & van Schaik in the Netherlands; and 70 to JuVE/MPREIS in Austria |
2024 | Truck |
| Hyundai | Purchase order of 1 600 fuel cell trucks to Switzerland | By 2025 | Truck |
| Daimler and Volvo | Large-scale series production of fuel cell trucks | 2025+ | Truck |
| Industry Coalition | Deployment of 100 000 heavy-duty fuel cell trucks in Europe | From 2030 | Truck |
جمع‌بندی
پیشرفت در فناوری هیدروژن و سوخت‌های سنتزی، نویدبخش راه‌حلی پایدار برای مقابله با چالش‌های مرتبط با آلایندگی در بخش‌های مختلف حمل‌ونقل است. در حالی که خودروهای برقی پیل سوختی و کامیون‌های هیدروژنی در حمل‌ونقل جاده‌ای تا سال 2030 نقش کلیدی ایفا خواهند کرد، توسعه زیرساخت‌های سوخت‌گیری هیدروژن و آمونیاک در بنادر و زیرساخت‌های ذخیره‌سازی در حال گسترش است. این تحول به ویژه برای بخش‌های کشتیرانی و راه‌آهن که در بلندمدت به دنبال جایگزین‌های پایدار هستند، اهمیت زیادی دارد.
با توجه به روند رشد فناوری در حمل‌ونقل هوایی، هواپیماهای هیدروژنی تا اواسط دهه 2030 به صورت گسترده تجاری نخواهند شد. در این میان، سوخت‌های سنتزی مبتنی بر هیدروژن در کوتاه‌مدت و میان‌مدت، به‌ویژه در پروازهای کوتاه‌تر، می‌توانند جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی باشند. دستیابی به این اهداف نیازمند همکاری جهانی و سرمایه‌گذاری‌های مستمر در زیرساخت‌ها و فناوری‌های پیشرفته است تا صنعت حمل‌ونقل بتواند به هدف کاهش آلایندگی و حرکت به سوی کربن‌زدایی دست یابد.
