در تلاش برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و حرکت به سمت انرژی‌های پاک، بسیاری از کشورهای جهان به استفاده از هیدروژن به‌عنوان سوخت جایگزین در بخش ساختمان‌ها روی آورده‌اند. هیدروژن، به‌ویژه هیدروژن سبز، پتانسیل بالایی در کاهش انتشار کربن و دستیابی به اهداف کربن‌زدایی دارد. این مقاله به بررسی اقدامات پیشگامانه چندین کشور شامل ژاپن، کره جنوبی، اروپا (با تمرکز بر کشورهایی مانند آلمان، هلند، و بریتانیا) می‌پردازد که هر یک از این کشورها با برنامه‌های حمایتی و پروژه‌های آزمایشی در تلاش‌اند تا از پیل‌های سوختی هیدروژنی و فناوری‌های مرتبط در تامین انرژی ساختمان‌ها استفاده کنند. این اقدامات نشان‌دهنده تعهد جدی کشورها به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و حرکت به سوی یک آینده کم‌کربن است که در آن هیدروژن نقشی اساسی ایفا خواهد کرد.
ژاپن: پیشتاز در کاربرد پیل‌های سوختی هیدروژنی در ساختمان‌ها
ژاپن با نصب بیش از 350 هزار واحد پیل سوختی تا مارس 2021، در خط مقدم توسعه و استفاده از فناوری پیل‌های سوختی میکروتولید هم‌زمان در ساختمان‌ها قرار دارد. این موفقیت تا حد زیادی به برنامه پیشرفته ENE-FARM بازمی‌گردد که فروش 40 هزار واحد در سال را به ثبت رسانده و تقاضای بازار را به‌خوبی پوشش داده است. در بازار کنونی، بیشتر مدل‌های موجود از گاز طبیعی به‌عنوان منبع سوخت استفاده می‌کنند، با این حال، پیل‌های سوختی غشای پلیمری غالب هستند؛ هرچند پیل‌های سوختی اکسید جامد نیز به‌تازگی به عرصه آمده‌اند. با رشد و بلوغ این فناوری، یارانه‌های دولتی ENE-FARM برای پیل‌های غشا پلیمری در سال مالی 2019 حذف شدند، اما این حمایت‌ها برای پیل‌های اکسید جامد تا سال مالی 2020 (مارس 2021) همچنان ادامه داشت.
در سال 2020، با هدف پشتیبانی از فازهای جدید پروژه‌ها و اثبات کاربرد اقتصادی پیل‌های سوختی در بازار برق ژاپن، پروژه‌ای با ظرفیت 300 کیلووات برای تولید برق با قیمت‌های مشابه قیمت‌های خرده‌فروشی راه‌اندازی شد که نتایج موفقیت‌آمیزی به همراه داشت. یکی از اهداف مهم این پروژه‌ها کربن‌زدایی در حوزه ساختمان‌ها است که به معنای تغییر سوخت پیل‌های سوختی از گاز طبیعی به گازهای کم‌کربن همچون هیدروژن یا متان مصنوعی تولید شده با کربن‌دی‌اکسید از منابع پایدار است. پاناسونیک نیز با همین هدف، اقدام به استقرار ژنراتورهای پیل سوختی هیدروژن خالص برای تامین برق چراغ‌های خیابان و واحدهای تهویه مطبوع در مجتمع مسکونی HARUMI FLAG توکیو کرده است. با توجه به تعهدات اعلام شده و اهداف مرتبط با انتشار خالص صفر، انتظار می‌رود تا سال 2030، تعداد واحدهای پیل سوختی هیدروژن خالص در بازار ژاپن به یک میلیون واحد برسد که این امر نیازمند توسعه زیرساخت‌های مناسب هیدروژن در کشور است.
کره جنوبی: حمایت گسترده دولتی از پیل‌های سوختی در ساختمان‌ها
وزارت تجارت، صنعت و انرژی کره جنوبی، در راستای توسعه پایدار و استفاده از انرژی‌های نوین، اقدام به ارائه یارانه برای نصب پیل‌های سوختی به همراه انرژی‌های خورشیدی، زمین گرمایی و بادی در ساختمان‌های مسکونی و تجاری کرده است. این یارانه‌ها تا 80 درصد از هزینه نصب این تجهیزات را پوشش می‌دهند و در کنار آن، به عنوان مشوقی اضافی، قیمت گاز شبکه‌ای مورد استفاده در این پیل‌های سوختی را برای مصرف‌کنندگان ساختمان‌ها و در مقیاس بزرگ آب و برق تا 5.6 درصد نسبت به قیمت معمول کاهش داده است.
بر اساس ارزیابی‌های CEM H2I، تا سال 2021 مجموع ظرفیت پیل‌های سوختی نصب‌شده ثابت در ساختمان‌های کره جنوبی به 15.7 مگاوات رسیده که عمدتاً از واحدهای پیل سوختی غشا پلیمری با ظرفیت‌های 600 وات تا 10 کیلووات برای مصارف مسکونی و تجاری تشکیل شده است. شرکت‌های Doosan و S-FuelCell بر بازار کره تسلط دارند و با توجه به نیاز به انعطاف‌پذیری بیشتر در شبکه برق، توجه بیشتری به سوی توسعه و استفاده از واحدهای پیل سوختی اکسید جامد و نیز بهره‌گیری از پیل‌های سوختی به عنوان منبع انرژی جایگزین شده است.
برنامه اقتصادی هیدروژنی کره جنوبی هدف‌گذاری کرده است که تا سال 2040، حداقل 2.1 گیگاوات ظرفیت تجمعی از پیل‌های سوختی ثابت در این کشور نصب شود، امری که نیازمند حمایت مستمر و توسعه فناوری در این حوزه است.
اروپا: توسعه پیل‌های سوختی برای ساختمان‌ها از طریق پروژه‌های نمایشی و همکاری‌های مشترک
در اروپا، کشورهای مختلف به طور جدی در حال ارزیابی و آزمایش کاربردهای پیل سوختی در ساختمان‌ها هستند. این آزمایش‌ها عمدتاً به امکان ترکیب هیدروژن یا استفاده از هیدروژن خالص در پیل‌های سوختی برای تأمین انرژی بخش‌های مختلف ساختمانی معطوف شده‌اند. پروژه‌های نمایشی متعددی به منظور تأیید فناوری و کسب دانش فنی لازم برای ایجاد چارچوب‌های نظارتی ادامه دارد.
تا به حال، نصب و بهره‌برداری از پیل‌های سوختی ایستگاهی برای ساختمان‌ها عمدتاً در واحدهای خانگی تمرکز داشته و سیستم‌های تجاری و صنعتی کمتر مورد استفاده قرار گرفته‌اند. بازار پیل‌های سوختی برای مصارف مسکونی در اروپا به طور عمده از طریق پروژه‌های با سرمایه‌گذاری مشترک اتحادیه اروپا و FCH JU و برنامه KfW 433 آلمان پشتیبانی می‌شود که هدف این طرح‌ها، صنعتی‌سازی و بهره‌برداری تجاری از این فناوری است.
یکی از پروژه‌های برجسته، پروژه ene.field بود که در سال 2017 به پایان رسید. این پروژه با بهره‌گیری از گاز طبیعی، بیش از هزار واحد کوچک پیل سوختی را با ظرفیت حدود 1.15 مگاوات الکتریکی در ده کشور اروپایی و با توجه به انواع شرایط آب و هوایی و مسکونی مختلف راه‌اندازی کرد. پروژه PACE، که به عنوان ادامه‌دهنده راه ene.field شناخته می‌شود، هدف داشت تا سال 2021 بیش از 2800 پیل سوختی را نصب کند که در این چارچوب، نزدیک به 740 واحد در بلژیک و بیش از 710 واحد در آلمان مستقر شدند.
پروژه دیگری به نام ComSos با تمرکز ویژه بر واحدهای پیل سوختی اکسید جامد، با بودجه اتحادیه اروپا آغاز شده است. این پروژه، واحدهای پیل سوختی با ظرفیت تجاری (10 تا 60 کیلووات) را در ساختمان‌های غیرمسکونی مانند سوپرمارکت‌ها مورد آزمایش و بهره‌برداری قرار می‌دهد و هدف آن نصب 25 واحد تا اتمام پروژه است.
آلمان: بزرگترین بازار پیل‌های سوختی ایستگاهی در اروپا
آلمان به عنوان موفق‌ترین بازار اروپا در حوزه نصب و استفاده از پیل‌های سوختی ایستگاهی شناخته می‌شود و مطابق گزارش CEM H2I، تاکنون بیش از 15 هزار واحد پیل سوختی در این کشور به بهره‌برداری رسیده است. از میان واحدهای ارائه شده توسط پروژه Ene.field، بیش از 750 واحد در آلمان نصب شده‌اند که این کشور را به پیشتاز نصب پیل‌های سوختی در سطح اروپا تبدیل کرده است.
این رشد سریع و پیوسته در حوزه پیل‌های سوختی، با حمایت برنامه KfW 433 که در سال 2016 توسط وزارت اقتصاد و انرژی فدرال آلمان آغاز شد، به ثمر رسید. برنامه KfW 433 با ارائه کمک‌های بلاعوض و یارانه‌های خروجی تا سقف 3400 دلار، واحدهایی با ظرفیت‌های متنوع از 250 وات تا 5 کیلووات را برای نصب در ساختمان‌های مسکونی و غیرمسکونی، اعم از جدید و قدیمی، پشتیبانی می‌کند. این برنامه به منظور افزایش دسترسی به فناوری پیل‌های سوختی و توسعه انرژی پاک در سراسر آلمان همچنان ادامه دارد و نقشی کلیدی در کاهش اثرات کربن در این کشور ایفا می‌کند.
هلند: گذار به انرژی‌های پاک در بخش گرمایش منازل با ممنوعیت گاز طبیعی
هلند که به‌طور سنتی به گاز طبیعی برای گرمایش منازل وابسته بوده، در سال 2018 به دلیل اهداف زیست‌محیطی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، قوانین جدیدی وضع کرد که به موجب آن، استفاده از گاز طبیعی برای خانه‌ها و ساختمان‌های جدید ممنوع شد. این اقدام، آغازگر برنامه ملی مناطق عاری از گاز طبیعی بود که هدف آن حذف گاز طبیعی تا سال 2050 و جایگزینی آن با انرژی‌های کم‌کربن است. به عنوان بخشی از این برنامه، 46 شهرداری به عنوان مکان‌های آزمایشی برای نقشه‌برداری و بررسی نحوه گسترش استفاده از انرژی‌های جایگزین انتخاب شده‌اند که در مجموع 1.5 میلیون نفر را شامل می‌شود. برنامه‌ریزی شده است که منازل تا سال 2030، به سیستم‌های گرمایشی با انتشار کربن کم روی آورند.
استراتژی ملی دولت هلند برای هیدروژن و گاز سبز، بر تسریع تولید و استفاده گسترده از هیدروژن و بیوگاز کم‌کربن تمرکز دارد و به همین منظور، از پروژه‌های آزمایشی متعدد برای اثبات کارآیی و ایمنی هیدروژن در سیستم‌های انرژی خانگی حمایت می‌کند. در چارچوب پروژه Green Deal H2 Neighborhoods، تلاش‌هایی جهت درک بهتر ابعاد فنی، اقتصادی، ایمنی و مسائل قانونی و اجتماعی مرتبط با استفاده از زیرساخت‌های گاز برای توزیع هیدروژن در جریان است.
پروژه‌های آزمایشی متعددی برای حمایت از این تغییرات آغاز شده‌اند؛ از جمله پروژه‌ای در Hoogeven که شامل 100 ساختمان جدید و 427 خانوار موجود است که به سیستم گرمایش هیدروژنی تجهیز شده‌اند، و همچنین پروژه Stad aan’t Haringvliet که تا سال 2025، 600 واحد ساختمانی را از شبکه گاز طبیعی جدا خواهد کرد. این پروژه‌ها به شناسایی موانع و نیازهای عملیاتی برای گسترش استفاده از هیدروژن در ساختمان‌های مسکونی و تجاری می‌پردازند.
انگلستان: توسعه گرمایش هیدروژنی در چارچوب انقلاب صنعتی سبز
بریتانیا به عنوان بخشی از برنامه ده‌نقطه‌ای خود برای پیشبرد انقلاب صنعتی سبز، بر توسعه هیدروژن کم‌کربن و کاربرد آن در بخش‌های مختلف از جمله ساختمان‌ها تمرکز کرده است. این برنامه شامل فازهای آزمایشی برای گرمایش هیدروژنی در مناطق مسکونی است؛ به طوری که انتظار می‌رود تا سال 2023، آزمایش‌هایی در سطح محلی و تا سال 2025، آزمایش‌هایی بزرگ‌تر در مقیاس روستایی انجام شود. هدف نهایی این پروژه‌ها، ایجاد زیرساخت‌های لازم برای ایجاد یک شهر هیدروژنی تا پایان دهه است. یکی از نقاط عطف این طرح، تکمیل آزمایش‌ها برای پشتیبانی از تزریق تا 20 درصد هیدروژن در شبکه گاز خانگی تا سال 2023 است.
از دیگر پروژه‌های کلیدی، می‌توان به پروژه‌های Hy4Heat و H21 اشاره کرد که در کنار آنها، پروژه H100 Fife در اسکاتلند نیز با هدف نشان دادن توانایی شبکه گاز در پشتیبانی از هیدروژن 100 درصدی اجرا می‌شود. در چارچوب این پروژه، حدود 300 واحد مسکونی برای اتصال به شبکه هیدروژنی و بهره‌برداری به مدت 4.5 سال (یعنی تا سال 2027) در نظر گرفته شده‌اند که در آن هر واحد به دیگ، سیستم گرمایش و اجاق گاز هیدروژنی تجهیز می‌شود.
یکی دیگر از پروژه‌های نمایشی با عنوان BIG HIT، که بین سال‌های 2016 تا 2022 در جزایر اورکنی اسکاتلند انجام شد، به ساخت سیستم‌های نوآورانه هیدروژن سبز برای مناطق دورافتاده اختصاص داشت. در این پروژه، هیدروژن از انرژی تجدیدپذیر تولید شده در جزایر کوچک‌تر تهیه شده و به اورکنی منتقل می‌شود تا برای کاربردهای مختلف از جمله گرمایش ساختمان‌ها استفاده شود. این طرح توسط FCH JU تامین مالی شده و شامل همکاری 12 شریک از کشورهای بریتانیا، ایتالیا، فرانسه، دانمارک، اسپانیا و مالت است.
جمع‌بندی
پیل‌های سوختی هیدروژنی و برنامه‌های مرتبط با آن در کشورهای مختلف، از ژاپن که پیشگام این فناوری در ساختمان‌ها است تا کشورهای اروپایی مانند آلمان و انگلستان، نشان‌دهنده تحولی جدی در جهت توسعه زیرساخت‌های انرژی پاک است. هر یک از این کشورها از طریق ارائه یارانه‌ها، اجرای پروژه‌های نمایشی، و تدوین نقشه‌های راه بلندمدت، در پی ارتقای فناوری پیل‌های سوختی و افزایش استفاده از هیدروژن سبز در تامین انرژی ساختمان‌ها هستند. این تلاش‌ها در نهایت به ایجاد یک زیرساخت پایدار برای مصرف هیدروژن در جوامع شهری و روستایی کمک خواهد کرد و آینده‌ای با انتشار کربن پایین‌تر و بهینه‌سازی انرژی را به ارمغان خواهد آورد.
