ذخیره‌سازی هیدروژن زیرزمینی به‌عنوان یک فناوری کلیدی برای حمایت از گذار به انرژی‌های پاک و پایدار در حال ظهور است. این روش، با قابلیت ایجاد توازن در نوسانات عرضه و تقاضای انرژی، نقش مهمی در افزایش امنیت انرژی و انعطاف‌پذیری سیستم‌های انرژی ایفا می‌کند. غارهای نمکی و سایر سازندهای زمین‌شناسی از جمله مکان‌های اصلی ذخیره‌سازی هیدروژن هستند که برای کاربردهای صنعتی از دهه 1970 مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با این حال، توسعه این فناوری‌ها با چالش‌های فنی، زمین‌شناسی، و اجتماعی روبه‌رو است. این مقاله به بررسی گزینه‌های مختلف ذخیره‌سازی هیدروژن زیرزمینی، پروژه‌های در حال انجام در نقاط مختلف جهان، و موانع پیش روی این فناوری می‌پردازد.
در دسترس بودن هیدروژن به‌عنوان یک حامل انرژی می‌تواند به افزایش انعطاف‌پذیری سیستم‌های انرژی کمک کند. این قابلیت، مشابه گاز طبیعی، از طریق متعادل کردن نوسانات عرضه کوتاه‌مدت و پاسخگویی به تغییرات فصلی در تقاضا، امنیت عرضه انرژی را بهبود می‌بخشد. با این حال، برای تحقق این هدف، ذخیره‌سازی مقرون به‌صرفه، در مقیاس بزرگ و طولانی‌مدت هیدروژن کم‌کربن ضروری است.
غارهای نمکی؛ گزینه‌ای کارآمد برای ذخیره‌سازی هیدروژن
ذخایر جهانی گاز طبیعی در سال 2020 به 400 میلیارد متر مکعب رسید، که 90 درصد از ظرفیت ذخیره‌سازی در مخازن متخلخل مانند میادین خالی و سفره‌های زیرزمینی قرار دارد و تنها بخشی از آن در غارهای نمکی و سنگی ذخیره می‌شود. در سناریوی انتشار خالص صفر تا سال 2050، با فرض افزایش تقاضای جهانی هیدروژن به 530 میلیون تن، ظرفیت ذخیره‌سازی مورد نیاز به حدود 50 میلیون تن (معادل 550 میلیارد متر مکعب) خواهد رسید.
ذخیره‌سازی هیدروژن در غارهای نمکی از دهه 1970 توسط صنعت پتروشیمی استفاده شده و فناوری اثبات‌شده‌ای است. این غارها به دلیل قابلیت بالای تزریق و برداشت سریع، گزینه‌ای ایده‌آل برای تامین نیازهای کوتاه‌مدت انرژی به شمار می‌روند. با این حال، توسعه این ذخایر به شرایط زمین‌شناسی مناسب، مانند در دسترس بودن تشکیلات نمکی، وابسته است. استفاده‌های متداول صنعت پتروشیمی از این غارها ممکن است به چرخه‌های متفاوت و حتی سریع‌تری نیاز داشته باشد که می‌تواند به توسعه فناوری‌های جدید منجر شود.
برنامه‌ها و پروژه‌های ذخیره‌سازی هیدروژن
در حال حاضر، چهار سایت غار نمک هیدروژنی به‌طور عملیاتی در جهان وجود دارند. اولین آن‌ها در سال 1972 توسط Sabic Petrochemicals در Teesside بریتانیا تأسیس شد و سه سایت دیگر در تگزاس، از جمله Spindletop که در سال 2016 راه‌اندازی شد و بزرگ‌ترین تأسیسات ذخیره‌سازی هیدروژن جهان است، فعالیت می‌کنند.
چندین پروژه آزمایشی در اروپا نیز در حال توسعه هستند. در هلند، آزمایش ذخیره هیدروژن در غار Zuidwending از آگوست 2021 آغاز شده و انتظار می‌رود تا سال 2026 عملیاتی شود. در آلمان، شرکت EWE ساخت یک غار نمک در Rüdersdorf را در اوایل 2021 آغاز کرد و پیش‌بینی می‌شود اولین نتایج آزمایش تا اواسط 2022 مشخص شود. همچنین، در سوئد، یک مرکز ذخیره‌سازی در غار سنگی در حال ساخت است که عملیات آزمایشی آن برای سال 2022 برنامه‌ریزی شده است. پروژه‌های مشابهی نیز در فرانسه و بریتانیا در مراحل مختلف توسعه قرار دارند.
در ایالات متحده، راه‌اندازی تأسیسات ذخیره‌سازی انرژی پاک در مقیاس بزرگ برای اواسط دهه 2020 برنامه‌ریزی شده است. با وجود این که تجربه عملی خاصی از استفاده مجدد غارهای متان برای ذخیره‌سازی هیدروژن وجود ندارد، پیش‌بینی می‌شود که چنین رویکردی از نظر زمانی مشابه با توسعه یک غار نمکی جدید باشد.
ذخیره‌سازی هیدروژن در مخازن متخلخل، از جمله میادین تخلیه‌شده و سفره‌های زیرزمینی، همچنان در مراحل ابتدایی است. پروژه‌های نمایشی مانند پروژه ذخیره‌سازی زیرزمینی انرژی خورشیدی در اتریش و پروژه HyChico در آرژانتین نشان می‌دهند که ترکیب ذخیره‌سازی 10 درصد هیدروژن و 90 درصد متان می‌تواند عملی باشد. با این حال، سفره‌های آب به عنوان یکی از سه گزینه اصلی ذخیره‌سازی زمین‌شناسی، کم‌ترین بلوغ را دارند و شواهد موجود درباره مناسب بودن آن‌ها همچنان مختلط است. ارزیابی امکان‌سنجی و هزینه ذخیره‌سازی هیدروژن خالص در مخازن و سفره‌های تخلیه‌شده نیاز به تحقیقات بیشتری دارد.
چالش‌های فنی و اجتماعی
یکی از موانع بزرگ پیش روی توسعه ذخیره‌سازی هیدروژن زیرزمینی، نگرانی‌های عمومی درباره خطرات احتمالی مانند فرونشست زمین و لرزه‌خیزی است. برای به حداقل رساندن این خطرات، بررسی‌های جامع زمین‌شناسی و مدیریت دقیق الزامی است. علاوه بر این، ارتباط شفاف و مؤثر با جامعه ضروری است تا پیش از آغاز پروژه‌های بزرگ، نگرانی‌های عمومی به‌طور کامل برطرف شود.
برای مقابله با این چالش‌ها و حمایت از توسعه فناوری، IEA Hydrogen TCP در حال ایجاد یک برنامه جدید است که بر تحقیقات و نوآوری‌ها در حوزه ذخیره‌سازی هیدروژن زیرزمینی تمرکز دارد. این برنامه به دنبال اثبات قابلیت‌های فنی، اقتصادی و اجتماعی ذخیره‌سازی هیدروژن است و نقشی کلیدی در پیشبرد این فناوری ایفا خواهد کرد. تاسیسات ذخیره‌سازی هیدروژن موجود و پروژه‌های برنامه‌ریزی شده در جدول زیر نشان داده شده‌اند.
تاسیسات ذخیره‌سازی هیدروژن موجود و پروژه‌های برنامه‌ریزی شده
| Name | Country | Project start year |
Operator/ developer | Working storage (GWh) |
Type | Status |
| Teeside | United Kingdom | 1972 | Sabic | 27 | Salt cavern | Operational |
| Clemens Dome | United States | 1983 | Conoco Philips | 82 | Salt cavern | Operational |
| Moss Bluff | United States | 2007 | Praxair | 125 | Salt cavern | Operational |
| Spindletop | United States | 2016 | Air Liquide | 278 | Salt cavern | Operational |
| Underground Sun Storage | Austria | 2016 | RAG | 10% H2 blend | Depleted field | Demo |
| HyChico | Argentina | 2016 | HyChico, BRGM | 10% H2 blend | Depleted field | Demo |
| HyStock | The Netherlands | 2021 | EnergyStock | – | Salt cavern | Pilot |
| HYBRIT | Sweden | 2022 | Vattenfall SSAB, LKAB |
– | Rock cavern | Pilot |
| Rüdersdorf | Germany | 2022 | EWE | 0.2 | Salt cavern | Under construction |
| HyPster | France | 2023 | Storengy | 0.07-1.5 | Salt cavern | Engineering study |
| HyGéo | France | 2024 | HDF, Teréga | 1.5 | Salt cavern | Feasibility study |
| HySecure | United Kingdom | mid-2020s | Storengy, Inovvn | 40 | Salt cavern | Phase 1 feasibility study |
| Energiepark Bad Lauchstädt Storage |
Germany | – | Uniper, VNG ONTRAS, DBI Terrawatt |
150 | Salt cavern | Feasibility study |
| Advanced Clean Energy Storage |
United States | mid-2020s | Mitsubishi Power Americas Magnum Development |
150 | Salt cavern | Proposed |
جمع‌بندی
ذخیره‌سازی هیدروژن زیرزمینی، راهکاری حیاتی برای حمایت از رشد و گسترش هیدروژن به‌عنوان یک منبع انرژی پاک و پایدار است. غارهای نمکی، با فناوری اثبات‌شده و انعطاف‌پذیری بالا، گزینه‌ای جذاب برای ذخیره‌سازی در مقیاس بزرگ به شمار می‌روند، اما به شرایط زمین‌شناسی وابسته هستند. این فناوری می‌تواند به عنوان ابزاری قدرتمند برای مدیریت منعطف بازار انرژی و پیک‌سایی استفاده شده و به خصوص در شرایط دهه پیش روی بازار انرژی ایران راهگشا باشد. البته این مهم به شرطی قابل دستیابی است که زیرساخت‌های تولید هیدروژن سبز به سرعت توسعه داده شوند که لازمه آن، حمایت‌های سیاستی و اجتماعی و همچنین جذب سرمایه قابل توجهی است. از سوی دیگر، مخازن متخلخل و سفره‌های زیرزمینی هنوز نیازمند تحقیقات بیشتری برای اثبات کارایی و مقرون‌به‌صرفه بودن هستند. همچنین، چالش‌های اجتماعی مانند نگرانی‌های مربوط به فرونشست و لرزه‌خیزی باید به‌طور شفاف مدیریت شوند تا اعتماد عمومی جلب شود. با پیشرفت‌های تحقیقاتی و ابتکارات بین‌المللی مانند پروژه IEA Hydrogen TCP، آینده ذخیره‌سازی هیدروژن زیرزمینی امیدوارکننده به نظر می‌رسد و می‌تواند نقشی محوری در انتقال به انرژی‌های کم‌کربن ایفا کند.
