هیدروژن پاک کم‌کربن به‌عنوان یکی از راهکارهای اصلی برای دستیابی به اهداف بلندپروازانه کربن‌زدایی جهانی شناخته می‌شود. با وجود تلاش‌های فراوان برای کاهش هزینه‌های تولید هیدروژن کم‌کربن از طریق فناوری‌های پیشرفته مانند الکترولیز و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، چالش‌های قابل توجهی همچنان باقی است. هزینه‌های بالای تولید هیدروژن کم‌کربن، تأثیرات قیمت برق، و نقش حیاتی قیمت‌گذاری انتشار کربن دی اکسید، همگی بر مسیر آینده این منبع انرژی پاک تأثیر می‌گذارند. این مقاله به بررسی چالش‌های اقتصادی مرتبط با تولید هیدروژن کم‌کربن، گزینه‌های موجود برای کاهش هزینه‌ها، و اهمیت پیشرفت‌های فناوری در این حوزه می‌پردازد.
چالش هزینه‌های تولید هیدروژن کم‌کربن
در حال حاضر، تولید هیدروژن از سوخت‌های فسیلی در بسیاری از نقاط جهان، ارزان‌ترین گزینه محسوب می‌شود. بسته به قیمت گاز در هر منطقه، هزینه تولید هیدروژن از گاز طبیعی در محدوده 0.5 تا 1.7 دلار به ازای هر کیلوگرم است. در مقابل، تولید هیدروژن با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در اکثر مناطق بسیار پرهزینه‌تر است و هزینه آن بین 3 تا 8 دلار به ازای هر کیلوگرم متغیر است. بخش قابل توجهی از این هزینه (50 تا 90 درصد) به قیمت برق تجدیدپذیر و میزان ساعات بار کامل عرضه آن بستگی دارد.
با کاهش هزینه‌های برق تجدیدپذیر و بهبود فناوری الکترولیز، انتظار می‌رود که فاصله قیمتی میان روش‌های تولید هیدروژن به‌مرور کاهش یابد. همچنین، قیمت‌گذاری انتشار کربن دی اکسید، مانند تعیین قیمت کربن، می‌تواند هزینه هیدروژن تولید شده از سوخت‌های فسیلی را افزایش دهد و به این ترتیب شکاف هزینه را بیشتر کاهش دهد. برای مثال، یک قیمت کربن 100 دلار به‌ازای هر تن کربن دی اکسید می‌تواند هزینه تولید هیدروژن از گاز طبیعی بدون جذب و ذخیره کربن را 0.9 دلار به ازای هر کیلوگرم افزایش دهد. همین قیمت کربن، هزینه تولید هیدروژن از گاز زغال‌سنگ بدون فناوری جذب و ذخیره کربن را تا 2 دلار به ازای هر کیلوگرم افزایش می‌دهد (شکل زیر).
فناوری جذب و ذخیره کربن: کاهش تأثیر هزینه‌ها
در صورت استفاده از فناوری‌های جذب با نرخ‌های بالا (90 تا 95 درصد)، تأثیر قیمت کربن دی اکسید بر هزینه‌های تولید هیدروژن از سوخت‌های فسیلی به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. بسته به قیمت گاز، تولید هیدروژن از گاز طبیعی با فناوری جذب و ذخیره کربن، هزینه‌ای در حدود 1 تا 2 دلار به ازای هر کیلوگرم دارد، که همچنان حدود 0.5 دلار بیشتر از تولید بدون جذب و ذخیره است. برای جبران این شکاف هزینه، قیمت کربن باید به 70 دلار به‌ازای هر تن برسد.
نقش کلیدی قیمت برق در تولید هیدروژن
کاهش هزینه برق کم‌کربن نقشی حیاتی در کاهش هزینه تولید هیدروژن از طریق الکترولیز دارد. برای دستیابی به هدف تولید هیدروژن با هزینه 1 دلار به‌ازای هر کیلوگرم (که هدف طرح هیدروژن ایالات متحده برای سال 2030 است)، قیمت برق باید 20 دلار به ازای هر مگاوات ساعت یا کمتر باشد. این محاسبه بر اساس راندمان 70 درصد (ارزش گرمایشی کمتر) و بدون در نظر گرفتن هزینه‌های ثابت CAPEX و OPEX صورت گرفته است. برای رسیدن به این هدف، قیمت برق باید حتی کمتر از 20 دلار باشد تا هزینه‌های اضافی سرمایه و عملیات را پوشش دهد.
مزیت منابع خورشیدی در کاهش هزینه‌ها
در مناطقی با منابع خورشیدی مطلوب، مانند مناطقی که ساعات بار کامل بیشتری برای الکترولیز فراهم می‌کنند، فتوولتائیک خورشیدی می‌تواند به این هدف هزینه‌ای نزدیک شود. برای مثال، در مناقصه‌های فتوولتائیک خورشیدی در مقیاس بزرگ در خاورمیانه در سال‌های 2019 و 2020، پیشنهادهایی با قیمت 14 تا 17 دلار به ازای هر مگاوات ساعت ارائه شد. البته این قیمت‌ها وابسته به شرایط خاص بازار و تأمین مالی مطلوب هستند.
پیشرفت‌های فناوری نیز نقشی مهم در افزایش راندمان الکترولیز و کاهش هزینه‌های تولید هیدروژن ایفا می‌کنند. این پیشرفت‌ها تنها به خود الکترولیز محدود نمی‌شوند و شامل بهینه‌سازی اجزای دیگری مانند یکسوکننده‌ها و اینورترها نیز می‌شوند. این بهینه‌سازی‌ها برای عملکرد در شرایط بار جزئی، به‌ویژه زمانی که انرژی‌های تجدیدپذیر متغیر منبع اصلی برق باشند، بسیار حیاتی هستند.
هزینه پیش‌بینی‌شده تولید هیدروژن پس از سال 2030 بسیار نامشخص است. این عدم قطعیت به عواملی مانند افزایش مقیاس تولید، یادگیری از تجربه، و سایر پیشرفت‌های فناوری بستگی دارد. آینده تولید هیدروژن به این پیشرفت‌ها وابسته است تا بتواند با اهداف هزینه‌ای رقابت کند و به رشد پایدار دست یابد.
جمع‌بندی
تولید هیدروژن کم‌کربن، اگرچه در حال پیشرفت سریع است، هنوز نیازمند تلاش‌های بیشتری برای کاهش هزینه‌ها و افزایش مقیاس تولید است. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که بهبود فناوری‌های الکترولیز، بهره‌وری در مصرف برق تجدیدپذیر، و قیمت‌گذاری انتشار کربن می‌توانند نقش مهمی در رسیدن به اهداف هزینه‌ای تعیین‌شده داشته باشند. با این حال، عدم قطعیت در هزینه‌های آینده و نیاز به سرمایه‌گذاری‌های مداوم، چالش‌هایی را برای تحقق این اهداف ایجاد می‌کند. دستیابی به یک سیستم انرژی پایدار که بر پایه هیدروژن کم‌کربن استوار باشد، به نوآوری‌های مستمر و سیاست‌های حمایتی قوی نیاز دارد. تنها از طریق این اقدامات می‌توانیم به کاهش انتشار کربن دی اکسید و محافظت از محیط زیستی در سطح جهانی دست یابیم.
