هیدروژن به‌عنوان یک حامل انرژی پاک و منعطف، پتانسیل بالایی در تسریع انتقال جهانی به سوی سیستم‌های انرژی کربن‌زدایی شده دارد. تولید هیدروژن می‌تواند از منابع متنوعی همچون زغال‌سنگ، نفت، گاز طبیعی، زیست‌توده، انرژی‌های تجدیدپذیر و انرژی هسته‌ای انجام شود و طیف گسترده‌ای از فناوری‌ها نظیر الکترولیز و گازی‌سازی را در بر بگیرد. با این حال، اثرات محیط زیستی تولید هیدروژن به‌طور قابل توجهی وابسته به منبع انرژی و فناوری به‌کاررفته است. با توجه به تعهدات بین‌المللی برای دستیابی به اهداف انتشار خالص صفر تا سال 2050، تقاضا برای هیدروژن و سوخت‌های مبتنی بر آن به‌سرعت در حال افزایش است. این مقاله به بررسی نقش کلیدی هیدروژن در کربن‌زدایی، چالش‌های تولید آن با روش‌های کم‌کربن، و ضرورت دخالت و سیاستگذاری موثر دولت‌ها برای تسریع این تحول می‌پردازد.
اهمیت هیدروژن در سناریوی انتشار خالص صفر
هیدروژن به‌عنوان یک سوخت ارزشمند، می‌تواند از منابع انرژی گوناگونی همچون زغال‌سنگ، نفت، گاز طبیعی، زیست‌توده، انرژی‌های تجدیدپذیر و انرژی هسته‌ای تولید شود. این امکان از طریق طیف گسترده‌ای از فناوری‌ها، مانند پالایش، گازی‌سازی، الکترولیز، پیرولیز، و تجزیه آب فراهم است. به دلیل منابع مختلف انرژی، اثرات محیط زیستی روش‌های تولید هیدروژن می‌تواند به‌طور قابل توجهی متفاوت باشد. هم‌چنین، منطقه جغرافیایی و پیکربندی فرایند اعمال‌شده نیز بر این اثرات تأثیرگذار است.
برای دستیابی به اهداف جهانی کربن‌زدایی و تحقق سناریوی انتشار خالص صفر تا سال 2050، بهره‌گیری از طیف متنوعی از فناوری‌ها برای تغییر سیستم انرژی ضروری است. ستون‌های کلیدی این تحول شامل بهره‌وری انرژی، تغییر الگوی مصرف، برقی‌سازی، انرژی‌های تجدیدپذیر، سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن، هیدروژن، و جذب و ذخیره کربن دی‌اکسید می‌شود. اهمیت هیدروژن در این سناریو با افزایش سهم آن از مصرف انرژی نهایی به‌طور قابل ملاحظه‌ای برجسته است. در سال 2020، هیدروژن و سوخت‌های مبتنی بر آن کم‌تر از 0.1 درصد از کل مصرف انرژی نهایی را تشکیل می‌دادند، اما پیش‌بینی می‌شود این سهم تا سال 2030 به 2 درصد و تا سال 2050 به 10 درصد افزایش یابد (شکل زیر).
چالش‌های محیط زیستی تولید هیدروژن
با وجود رشد پیش‌بینی‌شده تقاضا، برای تبدیل هیدروژن به یک ستون اساسی در کربن‌زدایی، لازم است که تولید آن بسیار کم‌آلاینده‌تر و پاک‌تر از امروز شود. در حال حاضر، برای تولید حدود 90 میلیون تن هیدروژن در سال 2020، 80 درصد از سوخت‌های فسیلی استفاده شده است (شکل زیر). این امر منجر به انتشار حدود 900 میلیون تن کربن‌دی‌اکسید شده است که معادل انتشار گازهای گلخانه‌ای در کشورهایی مانند اندونزی و بریتانیا است.
تحول در تولید هیدروژن: حرکت به سمت فناوری‌های کم‌کربن
در سناریوی انتشار صفر، تولید هیدروژن دستخوش تحولی بزرگ خواهد شد. پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2030، کل تولید هیدروژن به بیش از 200 میلیون تن برسد، به‌طوری که 70 درصد آن از طریق فناوری‌های کم‌کربن مانند الکترولیز و سوخت‌های فسیلی با جذب و ذخیره کربن دی‌اکسید انجام شود. این تحول ادامه یافته و تولید هیدروژن تا سال 2050 به بیش از 500 میلیون تن افزایش می‌یابد، به شکلی که عمدتاً بر فناوری‌های کم‌کربن مبتنی خواهد بود. برای دستیابی به این اهداف، ظرفیت الکترولیز نصب‌شده باید از 0.3 گیگاوات امروز به حدود 850 گیگاوات تا سال 2030 و 3600 گیگاوات تا سال 2050 افزایش یابد. هم‌چنین، میزان کربن دی‌اکسید جذب‌شده در فرایند تولید هیدروژن باید از 135 میلیون تن در حال حاضر به 680 میلیون تن در سال 2030 و 1800 میلیون تن در سال 2050 افزایش پیدا کند. در شکل زیر، سهم هر یک از این فناوری‌ها در کاهش انتشار کربن برای سناریوی انتشار صفر نمایش داده شده است.
کاهش انتشار کربن دی‌اکسید و نقش کلیدی هیدروژن سبز
رشد شدید تقاضای هیدروژن و پذیرش فناوری‌های پاک‌تر برای تولید آن، این سوخت و سوخت‌های مبتنی بر هیدروژن را قادر می‌سازد تا از انتشار 60 گیگاتن کربن دی‌اکسید در سال‌های 2021 تا 2050 جلوگیری کنند. استفاده از هیدروژن به‌ویژه در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش‌هایی که به‌سختی می‌توان آن‌ها را کربن‌زدایی کرد و یا برق‌رسانی مستقیم به آن‌ها دشوار است، مانند صنایع سنگین (مانند تولید فولاد و مواد شیمیایی)، حمل‌ونقل جاده‌ای سنگین، کشتی‌رانی و هوانوردی، بسیار مفید است. در بخش تولید برق، هیدروژن هم‌چنین می‌تواند با متعادل‌سازی افزایش تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و تسهیل ذخیره‌سازی فصلی انرژی، انعطاف‌پذیری شبکه برق را بهبود بخشد.
چالش‌های ورود به انرژی هیدروژنی و نقش حیاتی دولت‌ها
ورود هیدروژن به‌عنوان یک حامل جدید انرژی در سیستم‌های انرژی ترکیبی موجود، یک فرایند پیچیده و چالش‌برانگیز است. بدون حمایت و دخالت فعال دولت‌ها، دستیابی به سرعت لازم برای برآورده کردن اهداف بلندمدت مرتبط با مبارزه با تغییرات اقلیمی غیرممکن خواهد بود. به همین دلیل، بسیاری از دولت‌ها در حال حاضر با موسسات و سازمان‌های مختلف همکاری می‌کنند تا چالش‌های کلیدی را برطرف کرده و سیاست‌های هوشمندی را که می‌توانند این تحول را تسهیل کنند، شناسایی و اجرایی کنند.
از آن‌جایی که نیازها و شرایط هر کشور و صنعت متفاوت است، سیاست‌ها و اقدامات دولت‌ها باید بر اساس اولویت‌ها، محدودیت‌ها، و دسترسی به منابع و زیرساخت‌های موجود هر کشور تدوین شوند. این رویکرد سفارشی می‌تواند به حداکثر بهره‌وری از هیدروژن به‌عنوان یک حامل انرژی و تحقق اهداف زیست‌محیطی جهانی کمک کند.
جمع‌بندی
تحقق نقش هیدروژن به‌عنوان یک ستون اساسی در کربن‌زدایی جهانی به استفاده از فناوری‌های پیشرفته و کم‌کربن در تولید آن بستگی دارد. با وجود افزایش چشمگیر تقاضای پیش‌بینی‌شده، تولید هیدروژن باید به‌شدت پاک‌تر از شرایط فعلی شود تا اهداف زیست‌محیطی محقق گردند. همکاری نزدیک دولت‌ها با موسسات و صنایع برای تدوین و اجرای سیاست‌های هوشمندانه، حیاتی است. این سیاست‌ها باید با توجه به شرایط خاص هر کشور طراحی شوند تا بتوانند به توسعه زیرساخت‌های مورد نیاز و سرعت‌بخشی به تحول انرژی کمک کنند. به این ترتیب، هیدروژن می‌تواند نقش مؤثری در کاهش انتشار کربن دی‌اکسید و ایجاد یک سیستم انرژی پایدار و انعطاف‌پذیر در جهان ایفا کند.
