در سال‌های اخیر، استفاده از هیدروژن به‌عنوان منبع انرژی پاک و پایدار برای تامین گرما و برق ساختمان‌ها توجه بسیاری از کشورها را به خود جلب کرده است. در حال حاضر، کشورهای پیشرو در استفاده از پیل سوختی هیدروژن در ساختمان‌ها، ژاپن، اروپا و کره جنوبی هستند. این کشورها با تعیین اهداف بلندمدت به‌ویژه تا سال 2040، در تلاش‌اند تا ظرفیت نصب پیل‌های سوختی را به میزان قابل توجهی افزایش دهند و هزینه‌های سرمایه‌ای این سیستم‌ها را کاهش دهند. تمرکز اصلی در این کشورها، به جای تاکید مستقیم بر هیدروژن، بر توسعه و بهبود کارایی پیل‌های سوختی برای تامین برق ساختمان‌ها است.
هیدروژن در تامین انرژی ساختمان‌ها به عوامل متعددی از جمله تجهیزات، زیرساخت‌ها و هزینه تولید وابسته است. همچنین، رقابت میان روش‌های مختلف تامین انرژی، مانند برق‌رسانی مستقیم، استفاده از هیدروژن و گرمایش منطقه‌ای، بر تصمیم‌گیری نهایی در انتخاب بهترین روش تامین انرژی تاثیر می‌گذارد. این تصمیمات به عواملی چون پتانسیل مقاوم‌سازی ساختمان‌ها، ردپای زیست‌محیطی و تراکم تقاضای گرما بستگی دارد. قیمت هیدروژن و برق نیز نقش مهمی در تعیین هزینه تجهیزات، ترجیحات مصرف‌کننده و نیاز به انعطاف‌پذیری و پاسخگویی به تقاضای انرژی ایفا می‌کنند.
بازارها و چالش‌های استقرار پیل‌های سوختی هیدروژن در ساختمان‌ها
در حال حاضر، کشورهایی مانند ژاپن، اروپا و کره جنوبی در توسعه و استقرار پیل‌های سوختی برای استفاده در ساختمان‌ها پیشتاز هستند. این کشورها با هدف دستیابی به ظرفیت 1.2 گیگاوات تا سال 2040، تلاش خود را بر بهبود فناوری و کاهش هزینه‌های سرمایه‌ای سیستم‌ها متمرکز کرده‌اند. با این حال، در این بازارها استفاده از پیل سوختی الزاماً به هیدروژن محدود نمی‌شود و هدف اصلی، افزایش ظرفیت این سیستم‌ها و کاهش هزینه‌هاست.
چالش‌های پذیرش هیدروژن در ساختمان‌ها
توسعه و پذیرش هیدروژن به‌عنوان منبع انرژی در ساختمان‌ها تحت تأثیر عواملی نظیر تجهیزات، زیرساخت‌ها و هزینه‌های تولید هیدروژن قرار دارد. همچنین، رقابت میان روش‌های مختلف تامین انرژی مانند برق‌رسانی مستقیم، استفاده از هیدروژن و گرمایش منطقه‌ای بر ملاحظاتی چون پتانسیل مقاوم‌سازی ساختمان‌ها، ردپای کربنی، تراکم تقاضای گرما و سایر پارامترهای مرتبط با هزینه تجهیزات و نیازهای مصرف‌کنندگان تأثیر دارد. پتانسیل تامین هیدروژن و انعطاف‌پذیری در پاسخ به تقاضای انرژی نیز از دیگر فاکتورهای مهم در این تصمیم‌گیری‌ها به شمار می‌رود.
قیمت‌گذاری هیدروژن برای رقابت با فناوری‌های جایگزین
بر اساس سناریوی تعهدات اعلام شده، برای اینکه هیدروژن بتواند در بازار ساختمان‌ها با پمپ‌های حرارتی الکتریکی رقابت کند، باید قیمت آن بین 0.9 تا 3.5 دلار به‌ازای هر کیلوگرم در سال 2030 باشد. در صورت تثبیت قیمت‌ها در این محدوده و با در نظر گرفتن هزینه‌های سرمایه‌ای تجهیزات هیدروژنی، هزینه سالانه گرم کردن یک خانه 100 متر مربعی در این بازارها بین 350 تا 2000 دلار متغیر خواهد بود. این تنوع قیمتی به دلیل تفاوت در راندمان است؛ به‌گونه‌ای که پمپ‌های حرارتی الکتریکی برای تولید حرارت مشابه به پنج تا شش برابر کمتر از دیگ‌های هیدروژنی به برق نیاز دارند (شکل بالا).
پروژه‌های نمایشی و نقش آن‌ها در توسعه استفاده از هیدروژن
در دهه پیشرو، پروژه‌های نمایشی نقشی اساسی در تعریف عدم‌قطعیت‌های هزینه‌ای و ارزیابی بهتر از قابلیت‌های هیدروژن در ساختمان‌ها خواهند داشت. این پروژه‌ها به شکل‌دهی راه‌حل‌هایی برای استفاده مستقیم از هیدروژن خالص کمک می‌کنند و به‌ویژه در مناطق شهری پرتراکم، با هدف شناسایی و حل موانع عملیاتی، توجه به مسائل ایمنی مصرف‌کنندگان و اپراتورها ضروری هستند.
تحولات تقاضای گرمایشی و هیدروژن در سناریوی تعهدات اعلام شده
در سناریوی “تعهدات اعلام شده”، به‌دلیل بهبود عایق‌بندی ساختمان‌ها و کارایی بالاتر تجهیزات، انتظار می‌رود که تقاضای گرمایشی تا سال 2030 حدود 20 درصد کمتر از سال 2020 باشد. با این حال، تقاضای هیدروژن به بیش از 2 میلیون تن افزایش خواهد یافت که معادل حدود 0.5 درصد تقاضای گرمایش جهانی است. اگرچه این افزایش تقاضا برای اختلاط هیدروژن در شبکه‌های گاز کافی نیست و تدابیر قوی‌تری برای تسریع آن لازم است.
سهم هیدروژن خالص در تامین انرژی ساختمان‌ها تا سال 2050
انتظار می‌رود با توسعه کاربردهای هیدروژن خالص پس از سال 2030، سهم این سوخت در تامین انرژی ساختمان‌ها تا سال 2050 به حدود 5 درصد برسد. با این رویکرد، تاسیسات هیدروژنی در بیشتر ساختمان‌های موجود قابل اجرا خواهند بود، به طوری که با بازسازی‌ها و تغییرات جزئی، جایگزینی سوخت‌های فسیلی با سیستم‌های گرمایش هیدروژنی انجام می‌شود.
نرخ اختلاط هیدروژن و تحقق انتشار خالص صفر تا سال 2050
در سناریوی انتشار خالص صفر، اختلاط هیدروژن در شبکه‌های گاز تا سال 2050 با سرعت بیشتری نسبت به سناریوی تعهدات انجام می‌شود. به دلیل پتانسیل محدود هیدروژن برای کربن‌زدایی، حجم هیدروژن ترکیبی در شبکه‌های گاز پس از سال 2030 کاهش یافته و به‌تدریج جای خود را به هیدروژن خالص می‌دهد. در این شرایط، انتظار می‌رود که هیدروژن خالص در سال 2050 حدود 95 درصد از تقاضای ساختمان‌ها برای این سوخت را تامین کند. با اینکه این میزان کمتر از سناریوی تعهدات است، اما مزایایی همچون صرفه‌جویی در مقیاس، بازدهی بالاتر و مدیریت تقاضای انرژی در این رویکرد مد نظر قرار گرفته است.
در سناریوی انتشار خالص صفر، هیدروژن تا سال 2030 حدود 3.5 درصد از انرژی نهایی مصرفی برای گرمایش را تامین خواهد کرد. با وجود این، به دلیل راندمان پایین‌تر در مقایسه با سایر منابع، این سهم تا سال 2050 به کمی بیش از 5 درصد نیازهای گرمایشی جهانی خواهد رسید (شکل بالا).
جمع‌بندی
پتانسیل هیدروژن در تامین انرژی ساختمان‌ها نقش مهمی در مسیر به‌سوی کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و تحقق اهداف زیست‌محیطی دارد. این فناوری در صورت تحقق شرایط قیمتی و افزایش کارایی، می‌تواند در سناریوهای تعهدات اعلام شده و انتشار خالص صفر، سهم مهمی در تامین انرژی پاک ایفا کند. با وجود مزایای هیدروژن، نیاز به پروژه‌های نمایشی و بررسی‌های دقیق برای تعریف شرایط بهینه استفاده از آن در ساختمان‌ها ضروری است. در بلندمدت، حرکت به‌سوی سیستم‌های هیدروژنی خالص و جداسازی شبکه‌های انرژی می‌تواند گامی اساسی در جهت تحقق اهداف زیست‌محیطی و کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی باشد.
