در سال‌های اخیر، هیدروژن سبز به عنوان یکی از کلیدی‌ترین عناصر در مسیر حرکت به سوی کاهش انتشار کربن و حفظ پایداری محیط‌زیست توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این عنصر نه‌تنها در فرآیندهای صنعتی بلکه به‌ویژه در صنعت پالایش نفت، نقشی حیاتی ایفا می‌کند. پالایشگاه‌ها از هیدروژن برای پالایش نفت و تبدیل نفت سنگین به محصولات سبک‌تر استفاده می‌کنند، اما این مصرف بالای هیدروژن که عمدتا به صورت هیدروژن خاکستری است، به افزایش انتشار کربن‌دی‌اکسید نیز دامن زده است. با افزایش محدودیت‌های اقلیمی و تعهدات جهانی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، نیاز به بازبینی در روش‌های تأمین و مصرف هیدروژن در پالایشگاه‌ها بیشتر احساس می‌شود. مقاله پیش‌رو، به تحلیل تقاضای هیدروژن در پالایشگاه‌ها، چالش‌های آن و فرصت‌های جایگزینی با هیدروژن کم‌کربن پرداخته و چشم‌انداز آن در سناریوهای تعهدات اقلیمی و انتشار خالص صفر را بررسی می‌کند.
تغییرات تقاضای هیدروژن در پالایشگاه‌ها تحت تأثیر تعهدات اقلیمی
با افزایش محدودیت‌های اقلیمی، تقاضای هیدروژن در پالایشگاه‌ها کاهش می‌یابد؛ اما این محدودیت‌ها همزمان فرصتی برای استفاده از سوخت‌های جایگزین فراهم می‌آورند (شکل زیر). در سال 2020، صنعت پالایش نفت به‌عنوان بزرگ‌ترین مصرف‌کننده هیدروژن در جهان، نزدیک به 40 میلیون تن از این گاز را به خود اختصاص داد. پالایشگاه‌ها از هیدروژن به‌ویژه برای حذف ناخالصی‌ها (خصوصاً گوگرد) و تبدیل نفت خام سنگین به محصولات سبک‌تر و قابل مصرف‌تر استفاده می‌کنند. در میان کشورها، چین با مصرف سالانه نزدیک به 9 میلیون تن هیدروژن، بزرگ‌ترین مصرف‌کننده است و پس از آن ایالات متحده با بیش از 7 میلیون تن و خاورمیانه با حدود 4 میلیون تن قرار دارند. این سه منطقه روی هم بیش از نیمی از تقاضای جهانی هیدروژن را پوشش می‌دهند.
تقریباً نیمی از نیاز هیدروژن پالایشگاه‌ها از طریق هیدروژن فرعی حاصل از فرآیندهای پالایشی دیگر مانند اصلاح کاتالیزوری نفتا یا فرآیندهای پتروشیمیایی ادغام‌شده در پالایشگاه‌های خاص (مانند کراکرهای بخار) تأمین می‌شود. باقی‌مانده نیاز نیز با تولید اختصاصی در محل پالایشگاه یا خرید هیدروژن تجاری از منابع خارجی تأمین می‌شود. اکثر تولیدات هیدروژن داخلی مبتنی بر اصلاح گاز طبیعی هستند، اگرچه در برخی موارد مانند پالایشگاه‌های چین، گازی‌سازی زغال‌سنگ نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد و حدود 20 درصد از تولید هیدروژن اختصاصی را شامل می‌شود.
تولید هیدروژن برای تأمین نیاز پالایشگاه‌ها در سال 2020 باعث انتشار حدود 200 میلیون تن کربن‌دی‌اکسید شد. در این راستا، اقداماتی برای کاهش این انتشارات صورت گرفته و برخی از این تلاش‌ها در حال حاضر به مرحله اجرا رسیده‌اند. به عنوان مثال، شش نیروگاه با تأسیسات بهینه‌سازی‌شده برای جذب کربن‌دی‌اکسید و دو کارخانه دیگر با استفاده از الکترولیز برای تولید هیدروژن فعالیت می‌کنند. همچنین، بیش از 30 پروژه دیگر در مراحل مختلف توسعه قرار دارند و هدف آنها تولید هیدروژن مبتنی بر سوخت‌های فسیلی با جذب و ذخیره کربن است.
کاهش تقاضای هیدروژن در پالایش نفت در سناریوهای کربن‌زدایی
پالایش نفت تنها بخشی است که در سناریوهای تعهدات اقلیمی و هدف انتشار خالص صفر، با کاهش تقاضای هیدروژن مواجه می‌شود. این کاهش، به ویژه پس از سال 2030، همزمان با کاهش تقاضا برای نفت، بیشتر خواهد شد. در سناریوی تعهدات اعلام‌شده، پیش‌بینی می‌شود تقاضای هیدروژن ابتدا به بیش از 40 میلیون تن برسد و سپس تا سال 2050 به حدود 30 میلیون تن کاهش یابد. همچنین در سناریوی انتشار خالص صفر، میزان تقاضا برای هیدروژن از 25 میلیون تن در سال 2030 به حدود 10 میلیون تن در سال 2050 خواهد رسید. این کاهش تقاضا برای نفت، مشکلاتی اقتصادی و سرمایه‌گذاری قابل توجهی برای اپراتورهای پالایشگاه به همراه دارد و نیاز به بازبینی استراتژی‌های آنها را پررنگ‌تر می‌کند.
استفاده از هیدروژن کم‌کربن می‌تواند به‌عنوان یک گزینه مؤثر برای کربن‌زدایی عملیات حرارتی با دمای بالا در پالایشگاه‌ها مورد استفاده قرار گیرد و به شرکت‌های نفت و گاز در دستیابی به اهداف سناریوی انتشار خالص صفر کمک کند. این استراتژی می‌تواند به پالایشگاه‌ها کمک کند تا انتشار گازهای گلخانه‌ای خود را کاهش داده و در مسیر پایداری و سازگاری با مقررات محیط‌زیستی حرکت کنند.
سوخت‌های سنتزی: فرصتی برای جایگزینی نفت در سناریوهای اقلیمی
تولید سوخت‌های هیدروکربنی سنتزی با کربن کم (synfuels) یک فرصت مهم دیگر در این مسیر به شمار می‌آید. این سوخت‌ها قابلیت جایگزینی مستقیم سوخت‌های استخراج‌شده از نفت را دارند و می‌توانند بدون نیاز به تغییر زیرساخت‌های توزیع یا فناوری‌های استفاده نهایی، به‌کار گرفته شوند.
با افزایش تقاضا برای سوخت‌های سنتزی کم‌کربن در هر دو سناریوی تعهدات اعلام‌شده و انتشار خالص صفر، پالایشگاه‌ها می‌توانند از زنجیره‌های تأمین موجود برای تحویل این سوخت‌ها به مصرف‌کنندگان نهایی استفاده کنند. با این حال، فرآیند تبدیل هیدروژن به سوخت‌های هیدروکربنی سنتزی با کربن کم، به دلیل هزینه‌های بالا، همچنان یک چالش اساسی در مسیر گسترش این فناوری است. در این راستا، تخصص و مهارت‌های اپراتورهای پالایشگاه در توسعه و اجرای راه‌حل‌های نوآورانه و مقرون به‌صرفه، نقش کلیدی ایفا خواهند کرد.
پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهند که در سناریوی تعهدات اعلام‌شده، تقاضا برای هیدروژن به‌منظور تولید سوخت‌های سنتزی تا سال 2030 به 1 میلیون تن می‌رسد و این نیاز تا سال 2050، به بیش از 15 میلیون تن افزایش خواهد یافت. در سناریوی انتشار خالص صفر، تقاضای هیدروژن برای سوخت‌های سنتزی تا سال 2030 از مرز 7 میلیون تن عبور کرده و تا سال 2050 به نزدیک 100 میلیون تن خواهد رسید، که این آمار نشان‌دهنده فرصتی مهم برای سرمایه‌گذاری و توسعه در این حوزه است.
چشم انداز تحقق پروژه‌های جاری هیدروژن کم‌کربن
اگر تمام پروژه‌های هیدروژن کم‌کربن که اکنون در مراحل مختلف عملیاتی، ساخت، تصمیم‌گیری نهایی برای سرمایه‌گذاری یا امکان‌سنجی قرار دارند به مرحله اجرایی برسند، پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2030 حدود 0.25 میلیون تن هیدروژن برای تولید سوخت‌های سنتزی کم‌کربن استفاده شود. این میزان، نیاز سناریوی تعهدات اعلام‌شده را تا حدود 20 درصد پوشش خواهد داد، اما در سناریوی انتشار خالص صفر، تنها 3 درصد از کل تقاضای پیش‌بینی‌شده را تأمین می‌کند. برخی پروژه‌های برگزیده برای کربن‌زدایی از تولید هیدروژن در جدول زیر نمایش داده شده‌اند.
جمع‌بندی
هیدروژن، به عنوان عاملی اساسی در فرآیند پالایش نفت، تأثیر گسترده‌ای بر انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد. در حالی که با افزایش محدودیت‌های اقلیمی و کاهش تقاضا برای نفت، نیاز به هیدروژن در صنعت پالایش رو به کاهش است، فرصت‌های جدیدی برای استفاده از هیدروژن کم‌کربن و سوخت‌های سنتزی کم‌کربن فراهم شده است. در سناریوهای مختلف اقلیمی، حرکت به سوی استفاده از هیدروژن کم‌کربن و تولید سوخت‌های سنتزی می‌تواند بخش مهمی از راه‌حل کربن‌زدایی این صنعت باشد، هرچند چالش‌های اقتصادی و فنی همچنان پیش‌روی این مسیر قرار دارند. تحقق پروژه‌های جاری می‌تواند بخشی از تقاضا را برآورده کند، اما برای دستیابی به اهداف انتشار خالص صفر، سرمایه‌گذاری‌ها و نوآوری‌های بیشتری در زمینه تولید هیدروژن و سوخت‌های جایگزین مورد نیاز است.
