هیدروژن سبز و نقش آن در دوره گذار انرژی

گذار انرژی به فرایندی اشاره دارد که طی آن سیستم‌های انرژی جهانی از وابستگی به منابع فسیلی به سمت استفاده از منابع تجدیدپذیر و کم‌کربن تغییر می‌کنند. این تحول اساسی در دوره گذار انرژی عمدتاً با هدف کاهش اثرات مخرب محیط زیستی، مهار تغییرات اقلیمی و تضمین امنیت پایدار انرژی در مقیاس جهانی انجام می‌شود. سیاست‌های بین‌المللی مانند توافق‌نامه پاریس و اهداف توسعه پایدار سازمان ملل نقش مهمی در جهت‌دهی به این روند دارند.

توافق‌نامه پاریس، که در سال ۲۰۱۵ به تصویب رسید، بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و محدود کردن افزایش دمای جهانی به کمتر از ۲ درجه سانتی‌گراد تاکید دارد. این توافق‌نامه کشورها را ملزم به ارائه تعهدات ملی (NDC [1]) کرده و چارچوبی جهانی برای همکاری در مقابله با تغییرات اقلیمی فراهم می‌کند. اهداف توسعه پایدار سازمان ملل نیز با تمرکز بر انرژی پاک، دسترسی عادلانه به منابع انرژی و ترویج فناوری‌های تجدیدپذیر، به پیشبرد این تحول کمک می‌کنند و به‌عنوان محرک‌های اصلی این تغییر شناخته می‌شوند.

با وجود این تلاش‌ها، گذار انرژی با چالش‌های قابل‌توجهی مواجه است. نوسانات طبیعی تولید انرژی‌های تجدیدپذیر از منابعی نظیر باد و خورشید، از جمله این چالش‌ها هستند، چرا که تولید این منابع به شرایط آب‌وهوایی وابسته است و نمی‌تواند همواره به‌صورت مداوم و پایدار انجام شود. علاوه بر این، محدودیت‌های فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی مسئله‌ای جدی به شمار می‌رود، چرا که بسیاری از فناوری‌های موجود توانایی ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس‌های بزرگ را ندارند. همچنین، نیاز به ایجاد زیرساخت‌های پیشرفته نظیر شبکه‌های هوشمند، تجهیزات تولید هیدروژن سبز و سیستم‌های توزیع گسترده، نیازمند سرمایه‌گذاری‌های کلان است.

برای مطالعه مقاله “استراتژی‌های جهانی برای آینده هیدروژن سبز: سیاستگذاری، چالش‌ها و نوآوری‌ها” اینجا کلیک کنید.

این عوامل نشان می‌دهند که گذار انرژی فرایندی پیچیده و چندبعدی است که به برنامه‌ریزی دقیق، سرمایه‌گذاری هوشمندانه و هماهنگی بین‌المللی نیاز دارد. در این میان، بررسی نقش هیدروژن سبز به‌عنوان یک فناوری نوظهور در کاهش چالش‌ها و تسریع این تحول، امری ضروری است. هیدروژن سبز با قابلیت‌های منحصربه‌فرد خود، می‌تواند در ایجاد یک سیستم انرژی پایدارتر و کم‌کربن‌تر نقش محوری ایفا کند.

نقش هیدروژن سبز در دوره گذار انرژی

هیدروژن سبز، با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، به‌عنوان یک عنصر کلیدی در غلبه بر موانع موجود در گذار انرژی و تسریع حرکت به سوی سیستم‌های انرژی پایدار شناخته می‌شود. هیدروژن سبز نقشی محوری در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر، تحول در حمل‌ونقل و تقویت امنیت انرژی ایفا می‌کند.

کاهش انتشار کربن در صنایع با وابستگی بالا به سوخت های فسیلی

یکی از مهم‌ترین نقش‌های هیدروژن سبز، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنایع  با وابستگی بالا به سوخت‌های فسیلی است. صنایعی نظیر فولادسازی، تولید سیمان و پتروشیمی که به دلیل نیاز به دماهای بسیار بالا یا واکنش‌های شیمیایی خاص، وابستگی زیادی به سوخت‌های فسیلی دارند، با چالش‌های عمده‌ای در مسیر کاهش کربن روبرو هستند. هیدروژن سبز به‌عنوان یک جایگزین پاک و قابل‌اعتماد برای سوخت‌های فسیلی، می‌تواند نقش تعیین‌کننده‌ای در این بخش‌ها ایفا کند.

• فولادسازی سبز: جایگزینی زغال‌سنگ و گاز طبیعی با هیدروژن سبز در فرایند احیای آهن، امکان کاهش 2 تن CO₂ به ازای هر تن فولاد تولیدی را فراهم می‌کند. پروژه‌هایی مانند HYBRIT در سوئد در حال توسعه این فناوری هستند و انتظار می‌رود این نوآوری به کاهش گسترده انتشار در صنعت فولاد منجر شود.

برای مطالعه مقاله “نقش فناوری فولاد سبز در حرکت به سمت توسعه پایدار” اینجا کلیک کنید.

• تولید آمونیاک: استفاده از هیدروژن سبز برای تولید آمونیاک می‌تواند سالانه 830 میلیون تن CO₂ را کاهش دهد. این امر به‌ویژه در کشاورزی و صنایع شیمیایی که مصرف عمده آمونیاک دارند، اهمیت زیادی دارد.

برای مطالعه مقاله “فرایند تولید هیدروژن از گاز سنتز با هدف تولید آمونیاک” اینجا کلیک کنید.

• صنعت سیمان: در این بخش، هیدروژن سبز به‌عنوان یک منبع انرژی حرارتی می‌تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی شده و انتشار کربن را در مراحل تولید سیمان به‌طور چشمگیری کاهش دهد.

همچنین، پیش‌بینی‌های بین‌المللی نشان می‌دهند که استفاده از هیدروژن سبز در این صنایع تا سال 2050 می‌تواند بیش از 20 درصد از انتشار جهانی CO₂ را کاهش دهد. نقش کلیدی این فناوری در کاهش انتشار کربن، باعث شده تا بسیاری از کشورها و شرکت‌ها سرمایه‌گذاری‌های قابل‌توجهی در توسعه و پیاده‌سازی این فناوری انجام دهند.

در مجموع، هیدروژن سبز، با ویژگی‌های منحصر ‌به ‌فرد خود، ابزار قدرتمندی برای دستیابی به اهداف اقلیمی و کاهش تأثیرات زیست‌محیطی صنایع سنگین است.

ذخیره‌سازی و تثبیت انرژی تجدیدپذیر

هیدروژن سبز، به ‌عنوان یک حامل انرژی، می‌تواند به افزایش انعطاف‌پذیری و پایداری شبکه‌های انرژی کمک کند. انرژی‌های خورشیدی و بادی، به دلیل نوسانات طبیعی خود، با چالش‌هایی در تأمین پایدار انرژی روبرو هستند. انرژی تولیدی از منابع تجدیدپذیر که ممکن است در لحظات اوج تولید بدون استفاده باقی بماند، به هیدروژن تبدیل شده و در زمان‌های نیاز به شبکه بازگردانده می‌شود. این قابلیت، هیدروژن سبز را به یک عنصر کلیدی در پایداری سیستم‌های انرژی و مدیریت نوسانات تولید انرژی تجدیدپذیر تبدیل کرده است.

حمل ‌و نقل سنگین

در بخش حمل ‌و نقل، هیدروژن سبز به ‌ویژه برای وسایل نقلیه سنگین مانند کامیون‌ها، کشتی‌ها و هواپیماها که استفاده از باتری‌های الکتریکی به دلیل محدودیت وزن و ظرفیت کارایی ندارد، بسیار مناسب است. خودروهای سلول سوختی که از هیدروژن استفاده می‌کنند، تنها آب به ‌عنوان محصول جانبی تولید می‌کنند و هیچ‌گونه آلاینده‌ای ندارند.

امنیت در زنجیره تامین انرژی

هیدروژن سبز می‌تواند وابستگی کشورها به منابع وارداتی سوخت‌های فسیلی را کاهش دهد. با بهره‌گیری از منابع تجدیدپذیر داخلی برای تولید هیدروژن سبز، کشورها قادر خواهند بود استقلال انرژی خود را تقویت کنند. این موضوع به‌ویژه برای کشورهایی که دسترسی محدودی به منابع فسیلی دارند، بسیار حائز اهمیت است. علاوه بر این، تولید داخلی هیدروژن می‌تواند این کشورها را از تغییرات قیمت جهانی سوخت‌های فسیلی مصون نگه دارد.

فرصت‌های اقتصادی و اشتغال‌زایی

توسعه زیرساخت‌ها و فناوری‌های مرتبط با هیدروژن سبز نه تنها مزایای زیست‌محیطی گسترده‌ای به همراه دارد، بلکه به‌عنوان یک عامل محرک اقتصادی نیز عمل می‌کند. کشورهایی مانند آلمان، ژاپن و استرالیا، پیشگام سرمایه‌گذاری در پروژه‌های عظیم هیدروژن سبز هستند. به‌عنوان مثال، آلمان با راه‌اندازی استراتژی ملی هیدروژن قصد دارد تا سال 2030 ظرفیت تولید هیدروژن سبز خود را به 5 گیگاوات برساند. ژاپن نیز به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین واردکنندگان هیدروژن، در توسعه بازار جهانی این فناوری نقش حیاتی ایفا می‌کند.

این سرمایه‌گذاری‌ها منجر به ایجاد زنجیره ارزش گسترده‌ای شامل تولید، ذخیره‌سازی، انتقال و مصرف هیدروژن می‌شوند. برآوردها نشان می‌دهند که تا سال 2050، این زنجیره ارزش می‌تواند میلیون‌ها شغل جدید در بخش‌هایی مانند صنایع سنگین، انرژی و حمل‌ونقل ایجاد کند. همچنین، استفاده گسترده از هیدروژن سبز به کشورها اجازه می‌دهد تا وابستگی خود به واردات سوخت‌های فسیلی را کاهش داده و امنیت انرژی خود را تقویت کنند.

از دیدگاه اقتصادی، این فناوری نه تنها یک راه‌حل برای کاهش هزینه‌های زیست‌محیطی است، بلکه به‌عنوان محرک رشد اقتصادی، کشورهای سرمایه‌گذار را به رهبران بازار انرژی آینده تبدیل می‌کند.

نتیجه‌گیری

اگر چه، نرخ رشد سهم انرژی‌های تجدیدپذیر در بازار تقاضای انرژی در مجموع از هر کدام از منابع انرژی بیشتر است (تا ۲۰۴۰)، ولی سوخت‌های فسیلی (مخصوصا نفت و گاز) هم‌چنان بزرگ‌ترین سهم را در بازار تقاضای انرژی ایفا می‌کنند. انتظار می‌رود که سهم زغال سنگ در بازار انرژی همه کشورها به‌جز هند تا سال ۲۰۴۰ روند کاهشی داشته باشد. علت اصلی روند کاهشی زغال سنگ مسائل مربوط به کاهش گرمایش جهانی است. در طول این مدت، گاز طبیعی و انرژی‌های تجدیدپذیر نظیر انرژی خورشیدی و باد جایگزین زغال سنگ خواهد شد. با این حال، در کشورهای اروپایی تا سال ۲۰۴۰ حدود ۱/۳ تقاضای انرژی همچنان برای نفت خواهد بود.

هیدروژن سبز به‌عنوان یک فناوری نوظهور و انقلابی در حوزه انرژی، نقش کلیدی در تحقق اهداف جهانی برای کربن‌زدایی و توسعه پایدار ایفا می‌کند. این فناوری، با کاهش هزینه‌های تولید، سهم روزافزونی در سیستم‌های انرژی آینده خواهد داشت و به‌عنوان یک راه‌حل جامع برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر و تقویت امنیت انرژی، جایگاه ویژه‌ای دارد.

علاوه بر مزایای زیست‌محیطی، هیدروژن سبز فرصت‌های اقتصادی گسترده‌ایی ایجاد می‌کند. پیش‌بینی می‌شود که این فناوری، تا سال 2050، ارزش بازاری بالغ بر 1.4 تریلیون دلار داشته باشد و میلیون‌ها شغل جدید در زنجیره ارزش آن ایجاد کند. کشورهایی که در این حوزه پیشگام شوند، نه تنها در رقابت‌های جهانی انرژی دست بالا را خواهند داشت، بلکه به عنوان رهبران تحول زیست‌محیطی و اقتصادی در جهان شناخته می‌شوند.

با این حال، دستیابی به این اهداف نیازمند سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها، توسعه فناوری‌های نوین و ایجاد سیاست‌های حمایتی است. تنها از طریق برنامه‌ریزی دقیق، هماهنگی بین‌المللی و بهره‌گیری از منابع تجدیدپذیر می‌توان گذار به یک سیستم انرژی پایدار را محقق ساخت. هیدروژن سبز، نه فقط یک ابزار برای آینده‌ای پاک‌تر، بلکه یک فرصت بی‌نظیر برای تغییر مسیر انرژی جهانی به سمت اقتصادی پایدار و بدون کربن است.

مراجع

Journal of Cleaner Production

Science of The Total Environment

Energy Conversion and Management

Current Opinion in Chemical Engineering

Energies

International Journal of Hydrogen Energy

[1] Nationally Determined Contributions