در سال‌های اخیر، نیاز به منابع انرژی پاک و پایدار افزایش یافته و الکترولایزرها به عنوان یکی از راهکارهای مؤثر در تولید هیدروژن سبز مطرح شده‌اند. دو فناوری تجاری شده با بیشترین واحد‌های فعال و تکرار شوندگی بالا در بین انواع الکترولایزرها، فناوری الکترولیز قلیایی (AEC) و فناوری الکترولیز اکسید جامد (SOEC) است که هر کدام دارای ویژگی‌ها و کاربردهای متفاوت و منحصربفرد می‌باشند. AEC به دلیل ساختار ساده‌تر و هزینه‌های سرمایه‌گذاری کمتر، بیشتر در تولید هیدروژن در مقیاس کوچک یا متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سوی دیگر، SOEC با بهره‌گیری از دماهای بالا و بازدهی بیشتر، گزینه‌ای مناسب برای تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ و صنایع سنگین است. لذا هر یک از دو فناوری الکترولیز قلیایی (AEC) و فناوری الکترولیز اکسید جامد (SOEC) ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فردی دارند که به تناسب در صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
برای مطالعه مقاله “مروری بر فناوری‌های الکترولیز آب برای تولید هیدروژن” اینجا کلیک کنید.
هزینه‌های سرمایه‌گذاری (CAPEX)به مجموع هزینه‌هایی که برای طراحی، خرید تجهیزات، نصب و راه‌اندازی یک کسب و کار صرف می‌شود، اشاره دارد. از اینرو هزینه‌های سرمایه گذاری یکی از مهم‌ترین معیارهای ارزیابی اقتصادی در پروژه‌های صنعتی و فناوری‌های نوظهور از جمله واحد‌های تولید کننده هیدروژن از طریق فناوری‌های الکترولیز، مانند الکترولیز قلیایی و الکترولیز اکسید جامد است. هزینه‌های سرمایه‌گذاری نقشی کلیدی درتوجیه پذیری و امکان پذیری و همچنین رقابت‌پذیری فناوری‌های جدید با فرایند‌ها و فناوری‌های سنتی با توجه به شاخص‌های مالی ایفا می‌کند. هزینه‌های سرمایه گذاری عمدتا شامل مواردی همچون خرید تجهیزات اصلی (الکترودها، الکترولیت‌ها و کاتالیست‌ها)، هزینه نصب و راه‌اندازی، زیرساخت‌های مرتبط (مانند سیستم‌های ذخیره‌سازی گاز و کنترل‌کننده‌های دما و فشار) و هزینه‌های مهندسی و طراحی است.
فناوری AEC به دلیل ساختار فرایندی و شرایط عملیاتی ساده‌تر و مواد ارزان‌تر، هزینه‌های سرمایه گذاری پایین‌تری نسبت به SOEC دارد. در مقابل، فناوری SOEC به دلیل استفاده از مواد پیشرفته، مانند سرامیک‌های مقاوم در دماهای بالا، و فرآیندهای پیچیده تولید، هزینه‌های سرمایه‌گذاری بالاتری دارد. با این حال، پیش‌بینی می‌شود که با پیشرفت فناوری و تولید انبوه در راستای بهره‌گیزی از مزیت اقتصاد مقیاس، هزینه‌های سرمایه‌گذاری در SOEC به‌طور قابل توجهی کاهش یابد.
برای مطالعه مقاله “مروری بر فناوری الکترولیز آب قلیایی (AWE)” اینجا کلیک کنید.
برای مطالعه مقاله “مروری بر فناوری پیل سوختی اکسید جامد” اینجا کلیک کنید.
هزینه سرمایه‌گذاری در فناوری الکترولایزر قلیایی (AEC)
در شکل زیر، بازه‌ای از هزینه سرمایه‌گذاری برای الکترولایز قلیایی در سه دوره زمانی (2020، 2030 و 2040) بر اساس پیش‌بینی انجام شده توسط آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) و آژانس بین المللی انرژی های تجدیدپذیر (IRENA) مبتنی بر مفروضات و سناریو‌های عملیاتی متفاوت آورده شده است. مطابق نمودار زیر هزینه سرمایه‌گذاری در فناوری‌های AEC، به دلیل پیشرفت‌های فناوری، تولید انبوه و سیاست‌های حمایتی، در طول زمان به شدت کاهش خواهد یافت.
همچنین بر اساس مقاله منتشر شده در مجله Applied Energy، هزینه سرمایه‌گذاری فناوری الکترولیز قلیایی در سال 2020 حدود 1،100 یورو به ازای هر کیلووات تخمین زده شده است. این رقم پیش‌بینی می‌شود که در سال 2030 به 620 یورو بر کیلووات و در سال 2050 به 520 یورو بر کیلووات کاهش یابد.
هزینه سرمایه‌گذاری در فناوری الکترولایزر اکسید جامد (SOEC)
در شکل زیر، بازه‌ای از هزینه سرمایه‌گذاری برای فناوری الکترولیز اکسید جامد در سه دوره زمانی (2020، 2030 و 2040) بر اساس داده‌های گزارش معتبری از IEA نشان داده شده است.
- در سال 2020، هزینه سرمایه‌گذاری برای این فناوری بسیار بالا و در بازه 2800 تا 5600 یورو بر کیلووات براورد شده است. این مقدار نشان‌دهنده هزینه بالای اولیه برای فناوری SOEC در مراحل اولیه توسعه است که عمدتاً به دلیل استفاده از مواد پیشرفته مانند سرامیک‌های مقاوم در برابر دمای بالا و فرآیندهای تولید پیچیده است.
- در سال 2030، هزینه سرمایه‌گذاری به طور قابل‌توجهی کاهش یافته و به بازه 800 تا 2800 یورو بر کیلووات می‌رسد. این کاهش را می‌توان به پیشرفت در طراحی فناوری، تولید انبوه و کاهش هزینه مواد اولیه نسبت داد.
- تا سال 2040، هزینه سرمایه‌گذاری برای این فناوری به بازه 500 تا 1000 یورو بر کیلووات کاهش می‌یابد کهنشان‌دهنده سیر توسعه فناوری SOEC و افزایش مقیاس، بهبود فناوری و نوآوری در مواد و روش‌های تولید است.
کاهش قابل‌توجه CAPEX در طول زمان نشان می‌دهد که فناوری SOEC با وجود هزینه اولیه بالا، پتانسیل بالایی برای کاهش هزینه‌ها دارد و می‌تواند در آینده در تولید هیدروژن سبز بسیار رقابت‌پذیر باشد. کاهش CAPEX به کمتر از 1000 یورو بر کیلووات در سال 2040، این فناوری را به گزینه‌ای اقتصادی‌تر برای تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ تبدیل می‌کند.
در مقالات پژوهشی نیز پیش‌بینی شده است هزینه‌های سرمایه گذاری فناوری الکترولیز اکسید جامدبه محدوده زیر 500 یورو بر کیلووات در سال کاهش می‌یابد. به عنوان مثال مجله Applied Energy و دانشگاه فنی دهلی به ترتیب 300 و 520 یورو بر کیلووات گزارش کرده‌اند.
جمع بندی
یکی از چالش‌های اساسی در ارزیابی هزینه‌های سرمایه‌گذاری (CAPEX) فناوری‌های الکترولایزر، تفاوت داده‌ها در منابع مختلف است. این اختلافات می‌تواند ناشی از تفاوت در روش‌های محاسبه، مرحله توسعه فناوری‌ها، و مفروضات استفاده‌شده در پیش‌بینی‌ها می‌باشد. برای مثال، برخی از منابع بر اساس سیستم‌های آزمایشگاهی و اولیه تخمین هزینه‌ها را انجام داده‌اند، در حالی که منابع دیگر، پیش‌بینی‌هایی بر اساس تولید انبوه و کاهش هزینه‌ها در آینده ارائه کرده‌اند. همچنین، محدوده جغرافیایی و شرایط بازار، مانند هزینه نیروی کار و مواد اولیه، می‌تواند به طور قابل توجهی بر این داده‌ها تأثیر بگذارد.
