فناوری‌های جذب، ذخیره و استفاده از کربن (CCUS) به‌طور فزاینده‌ای به‌عنوان ابزارهای حیاتی در کاهش انتشار کربن‌دی‌اکسید و تسهیل انتقال به انرژی‌های پاک مورد توجه قرار گرفته‌اند. در حال حاضر، پروژه‌های متعددی در سراسر جهان برای تولید هیدروژن آبی با استفاده از CCUS در دست توسعه هستند و بنادر صنعتی نقش مهمی در ایجاد زیرساخت‌های مورد نیاز ایفا می‌کنند. این بنادر می‌توانند با ارائه امکانات ذخیره‌سازی و به اشتراک‌گذاری زیرساخت‌ها، به کاهش هزینه‌ها و ریسک‌های سرمایه‌گذاری کمک کنند. از سوی دیگر، فناوری‌های جذب مستقیم هوا و روش‌های ذخیره‌سازی زمین‌شناسی نیز به‌سرعت در حال پیشرفت هستند و می‌توانند به بهبود پایدارسازی کربن کمک کنند. این مقاله به بررسی پروژه‌های فعال، چالش‌های موجود و فرصت‌های پیش رو در حوزه CCUS و تولید هیدروژن کم‌کربن می‌پردازد.
پروژه‌های جهانی تولید هیدروژن آبی با CCUS
در حال حاضر در سطح جهان، 47 پروژه برای تولید هیدروژن با استفاده از فناوری‌های جذب، ذخیره و استفاده از کربن (CCUS) در حال توسعه است. از این تعداد، چهار پروژه در چین و ایالات متحده در حال ساخت است. بیشتر پروژه‌ها (41 مورد) به گاز طبیعی با جذب و ذخیره کربن متکی هستند، در حالی که چهار پروژه به زغال‌سنگ و یک پروژه به نفت وابسته‌اند. از لحاظ جغرافیایی، اروپا با 23 پروژه (بیشتر در هلند و بریتانیا) پیشتاز است، در حالی که آمریکای شمالی میزبان چهار پروژه و چین دو پروژه دارد (شکل زیر).
بر اساس برنامه‌های توسعه و نیروگاه‌های موجود، تولید جهانی هیدروژن از سوخت‌های فسیلی با CCUS پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2030 به 9 میلیون تن برسد (شکل زیر). برخی استثناها وجود دارند، از جمله بریتانیا که هدف‌گذاری کرده تا سال 2030 ظرفیت 5 گیگاوات هیدروژن کم‌کربن داشته باشد. همچنین، ژاپن و جمهوری چک نیز اهداف مشخصی برای تولید هیدروژن دارند که به ترتیب شامل 420 کیلوتن و 10 کیلوتن هیدروژن در سال است. اگر این اهداف تنها با استفاده از فناوری CCUS محقق شوند، میزان تولید به 1.7 میلیون تن هیدروژن در سال خواهد رسید.
تخمین تولید 9 میلیون تن هیدروژن در سال 2030 با سناریوی تعهدات اعلام شده همخوانی دارد. با این حال، برای دستیابی به سناریوی انتشار خالص صفر، این تولید باید به 58 میلیون تن افزایش یابد، که حدود هفت برابر مقدار فعلی برنامه‌ریزی‌شده است. این به معنای ساخت یا تجهیز حدود 230 نیروگاه هیدروژن با ظرفیت 1 گیگاوات و سیستم‌های CCUS تا سال 2030 است. در حالی که این عدد بسیار زیاد به نظر می‌رسد، باید توجه داشت که حدود 80 درصد از این ظرفیت، مربوط به تولید از سوخت‌های فسیلی بدون کاهش انتشار فعلی است، که نیاز به ارتقای زیرساخت‌ها و فناوری‌های موجود را برجسته می‌کند.
نقش بنادر صنعتی در گسترش تولید هیدروژن کم‌کربن
بنادر صنعتی، که محل قرارگیری بسیاری از کارخانه‌های تولید هیدروژن فسیلی برای صنایع پالایش و پتروشیمی هستند، می‌توانند به قطب‌های کلیدی برای افزایش تولید هیدروژن کم‌کربن تبدیل شوند. این بنادر، علاوه بر داشتن پتانسیل ذخیره‌سازی کربن‌دی‌اکسید در دریا، قادرند زیرساخت‌های حمل‌ونقل و ذخیره کربن‌دی‌اکسید را میان صنایع مختلف به اشتراک بگذارند و از مزایای صرفه‌جویی در مقیاس بهره ببرند، که این امر می‌تواند به کاهش ریسک سرمایه‌گذاری منجر شود. نمونه‌های برجسته این رویکرد شامل پروژه بندر روتردام (پورتوس) در هلند، پروژه Zero Carbon Humber در انگلستان، و پروژه CarbonNet در استرالیا است.
گسترش تمایل به فناوری جذب، ذخیره و استفاده از کربن (CCUS)
تعهدات تقویت‌شده دولت‌ها و صنعت برای دستیابی به اهداف انتشار صفر خالص باعث افزایش توجه جهانی به فناوری‌های جذب، ذخیره و استفاده از کربن شده است. تنها در هشت ماهه نخست سال 2021، بیش از 40 پروژه تجاری جدید CCUS اعلام شد، که نشان‌دهنده بهبود محیط سرمایه‌گذاری در این زمینه است. این پروژه‌ها در چندین بخش در حال اجرا یا برنامه‌ریزی هستند:
- صنعت: جذب کربن‌دی‌اکسید در حال حاضر به‌عنوان بخشی اساسی از تولید اوره و دیگر فرایندهای صنعتی شناخته می‌شود. گسترش این فناوری به تولید محصولات شیمیایی، بخش فولاد (با یک کارخانه تجاری فعال) و بخش سیمان (که یک پروژه مقاوم‌سازی کارخانه در نروژ آغاز شده) ادامه دارد.
- برق و گرما: در حال حاضر، دو نیروگاه زغال‌سنگ در کانادا و ایالات متحده به فناوری جذب، ذخیره و استفاده از کربن مجهز شده‌اند و ظرفیت جذب 2.4 میلیون تن کربن‌دی‌اکسید در سال دارند. برنامه‌های جهانی نیز برای تجهیز حدود 30 نیروگاه زغال‌سنگ، گاز، زیست‌توده یا هیدروژن به CCUS در دست اجرا است.
- تأمین سوخت: اکثر تاسیسات تجاری موجود CCUS به فرآوری گاز طبیعی مرتبط هستند، که به‌واسطه هزینه‌های پایین‌تر، گزینه‌ای اقتصادی‌تر برای جذب کربن‌دی‌اکسید محسوب می‌شوند. این تاسیسات در مجموع حدود 30 میلیون تن کربن‌دی‌اکسید در سال جذب می‌کنند. پروژه‌های متعددی برای گسترش CCUS برنامه‌ریزی شده‌اند که با تولید هیدروژن کم‌کربن، سوخت‌های زیستی، پالایش و گاز طبیعی مایع در ارتباط هستند و اغلب به توسعه هاب‌های هیدروژنی و CCUS منطقه‌ای پیوند خورده‌اند.
- جذب مستقیم هوا: به‌عنوان یکی از راهکارهای نوین برای حذف کربن‌دی‌اکسید از جو، در حال توسعه است. چندین کارخانه آزمایشی کوچک در سراسر جهان فعالیت می‌کنند و برخی از آن‌ها برای مصارف تجاری، مانند تولید کربن‌دی‌اکسید برای کربناته کردن نوشیدنی‌ها و گلخانه‌ها، به کار گرفته شده‌اند. علاوه بر این، یک تأسیسات بزرگ جذب مستقیم هوا با ظرفیت یک میلیون تن در سال در ایالات متحده در حال توسعه است.
توسعه فناوری‌های مختلف جذب، ذخیره و استفاده از کربن (CCUS) در مراحل متفاوتی قرار دارد. برخی از فناوری‌های جذب، مانند جذب شیمیایی کربن‌دی‌اکسید در طول تولید هیدروژن در کارخانه‌های آمونیاک، به بلوغ رسیده‌اند و میانگین نرخ جذب بالایی بین 85 تا 90 درصد دارند. افزایش این نرخ تا 99 درصد، که می‌تواند به کاهش چشمگیر انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند، از نظر فنی امکان‌پذیر است اما نیازمند مشوق‌های اقتصادی نظیر قیمت بالا برای کربن‌دی‌اکسید یا استانداردهای سخت‌گیرانه کربن است.
اهمیت ذخیره‌سازی دائمی و چالش‌های پیش رو
استفاده از کربن‌دی‌اکسید جذب شده برای تولید اوره یا سوخت‌های مصنوعی، در نهایت باعث آزاد شدن این کربن‌دی‌اکسید در جو می‌شود. برای اینکه هیدروژن تولیدشده واقعاً کم‌کربن محسوب شود، ضروری است که کربن‌دی‌اکسید جذب‌شده به‌صورت دائمی و به‌جای استفاده، ذخیره شود. مکان‌های ذخیره‌سازی زمین‌شناسی به‌خوبی انتخاب و مدیریت شده می‌توانند کربن‌دی‌اکسید را برای بیش از 1000 سال با حداقل خطر نشت حفظ کنند. به‌صورت نظری، منابع ذخیره‌سازی کربن‌دی‌اکسید در جهان بسیار وسیع هستند، اما برخی مخازن به دلایل فنی یا جغرافیایی در دسترس نخواهند بود.
در بسیاری از مناطق، هنوز نیاز به شناسایی دقیق سایت‌های ذخیره‌سازی برای ارزیابی امکان‌سنجی و قابلیت ذخیره‌سازی دائمی کربن‌دی‌اکسید وجود دارد. در حال حاضر، تنها بخش کوچکی از کربن‌دی‌اکسید جذب شده (حدود 20 درصد از 40 میلیون تن جذب شده) به ذخیره‌سازی دائمی زمین‌شناسی هدایت می‌شود، که نشان‌دهنده نیاز به گسترش این ظرفیت‌ها و توسعه بیشتر زیرساخت‌ها است.
جمع‌بندی
فناوری‌های CCUS و توسعه تولید هیدروژن آبی و کم‌کربن، نقشی کلیدی در تحقق اهداف جهانی کربن‌زدایی و مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی ایفا می‌کنند. با وجود پیشرفت‌های قابل توجه در این زمینه، هنوز چالش‌های عمده‌ای مانند نیاز به ذخیره‌سازی دائمی کربن‌دی‌اکسید و کمبود زیرساخت‌های کافی در بسیاری از مناطق جهان وجود دارد. برای موفقیت در این مسیر، سرمایه‌گذاری بیشتر، شناسایی مکان‌های مناسب ذخیره‌سازی، و ایجاد مشوق‌های اقتصادی ضروری است. در نهایت، رویکردهای نوآورانه مانند ترکیب منابع انرژی تجدیدپذیر و فناوری‌های پیشرفته جذب می‌توانند به کاهش هزینه‌ها و افزایش پایداری پروژه‌های CCUS کمک کنند، و این فناوری را به یکی از ستون‌های اصلی در مسیر دستیابی به انرژی پایدار و پاک تبدیل کنند.
