◄ وابستگی آینده‌ صنعت انرژی به تولید هیدروژن

بخش هفدهم از سلسله مقاله های مربوط به موضوع «انرژی های تجدید پذیر در حمل‌ و‌ نقل» هفته گذشته منتشر شد، بخش هجدهم آن در ادامه می آید.

سوخت هیدروژنی

در مجمع جهانی انرژی با میزبانی شورای آتلانتیک که در  سال 2021 برگزار گردید، از کارآفرینان و کارشناسان خبره‌ انرژی پرسیده شد که کدام فناوریِ بدون کربن، بالاترین سرمایه‌ ها را به سوی خود جذب می‌ کند؟ در پاسخ به آن، 31 درصد به هیدروژن و 23 درصد به باتری رای داده‌ اند. هیدروژن علاوه بر حمل و نقل و صنعت، برای امور تأمین گرمایش ساختمان ها و تولید برق (البته با بازدهی پایین) کاربری دارد.  براساس یافته‌ های مؤسسه‌ تأمین مالی انرژی های جدید بلومبرگ (BNEF)، که طی یک تحقیق مستقل در سطح جهانی انجام شده، بر اثر کاهش شدید هزینه‌ های تولید هیدروژن پاک طی یک دهه‌ آینده، 34 درصد از میزان انتشار گازهای گلخانه‌ ای سوخت های فسیلی کاسته می‌ شود.

گلدمن ساکس، هیدروژن سبز را یکی از مصادیق فرصت استثنایی در هر نسل می‌ داند که بازاری 10 تریلیون دلاری در 2050 خواهد داشت. در آن زمان هر کشوری که فاقد جای پایی در اقتصاد هیدروژن باشد، از اهمیت و مزیت جغرافیایی پایین‌ تری برخوردار می‌ شود. هم اینک کشورهایی با منابع، زیرساخت ها و شوق کارآفرینی کافی می‌ توانند در این مسابقه بزرگ شرکت کنند. بعضی کشورها از باد و خورشید کافی برخوردارند و تعدادی نیز حائز سایر امتیازات هستند. در حال حاضر استرالیا، عربستان و کشورهای حاشیه‌ دریای شمال اروپا (به ویژه هلند) در مسابقه‌ جغرافیای سیاسی پیشتاز هستند. استرالیا از همه‌ جنبه‌ ها غنی است و اراده‌ ای قوی هم برای پیشرفتدر آنجا وجود دارد. دو غول سرخ (چین) و زرد (آمریکا) اگر چه در تولید آن قدرتمند عمل می‌کنند، ولی مصارف فوق‌ العاده‌ ای هم دارند.

 در واقع هیدروژن زنجیره‌ تأمینی است که تولید، حمل، توزیع و حتی مصرف را هم در بر می‌ گیرد. به همین دلیل بازارها به سوی منطقه‌ ای شدن پیش می‌ روند. مثلاً بازار هیدروژن جنوب آسیا آوردگاه استرالیا، عربستان و عمان خواهد بود. کشور شیلی هم در نظر دارد در سال 2030 پیشگام در صنعت هیدروژن شود. این کشور انرژی بادی و خورشیدی غنی دارد و اراده‌ قوی دولت هم پشتیبان رشد این صنعت خواهد بود. ولی نزدیکترین بازار بزرگ مصرف آمریکاست که برای رساندن هیدروژن سبز به آنجا باید بهایی پرداخته شود. بازاری که در آن کانادا با نیروی فراوان آبی و زمین‌ گرمایی، قادر به تولید هیدروژن ارزان خواهد بود. در سطح جهان کشورهای پرتغال، اوکراین و قزاقستان نیز وارد این مسابقه‌ عظیم شده‌اند.

مسائل عمومی تولید هیدروژن

همان طور که قبلاً اشاره شد، به نظر می‌ رسد  آینده‌ انرژی عمدتاً به تولید هیدروژن وابسته باشد. جالب اینکه شرکت های نفتی اروپایی چون شل، بریتیش پترولیوم، توتال فرانسوی، رپسول (Repsol) اسپانیایی و همچنین شرکت های معظم زیمنس، اورستد (Orsted) دانمارکی، از بزرگترین سرمایه گذاران در این زمینه هستند. جو بایدن در نظر دارد طی اقدامات تهاجمی، عقب ماندگی در امر کربن‌ زدایی از بزرگترین اقتصاد دنیا را به شدت دنبال کند. در راهبرد آمریکا، هدف تأمین ظرفیت الکترولیزی 66 گیگاوات معین گردیده است. چین هدف خالص صفر در 2060 را دنبال می‌ کند. کانادا در حال بستن قراردادی با غول صنعت آلمان یعنی شرکت تیسن کروپ (ThyssnKrupp)  برای ساخت یک تأسیسات تولید هیدروژن به ظرفیت 11100 تن در ایالت کِبِک تا قبل از سال 2030 است (تصویر زیر). علاوه بر آن قرار است که یک تأسیسات دیگر هم در غرب کانادا و در ایالت بریتیش کلمبیا احداث شود.  جالب‌ تر اینکه تا دو سال پیش، در راهبردهای  آلمان، هلند و کمیسیون اروپا چنین مشی نوینی وجود نداشته است و تا سال 2020 سهم تأمین انرژی از طریق تولید هیدروژن، فقط 0.1 درصد از انرژی جهانی بوده است.

در حال حاضر بیش از 98 درصد از هیدروژن تولیدی جهان از سوخت های فسیلی به دست می‌ آید. 69 درصد هیدروژن از گاز طبیعی (هیدروژن خاکستری) با بهایی به مبلغ 1.7 تا 2.82 دلار به ازای هر کیلوگرم و 29 درصد از زغال سنگ (هیدروژن قهوه ای) حاصل می‌ شود. هیدروژن آبی هم با منشأ گاز طبیعی است، با این فرق که در جریان فرایند‌های تولید، بخش بزرگی از گازکربنیک حاصله، کربن‌‌زدایی و ذخیره (carbon capture & storage , ccs) می‌شود. البته روش هایی بدیعی چون جداسازی به وسیله‌ آب و شیمی گرمایی یا فتوسنتز هم وجود دارند که مراحل مقدماتی آزمایشگاهی را طی می‌ کنند. هیدروژن سبز از انرژی‌ های تجدیدپذیر و به صورت الکترولیز آب تهیه می‌ شود که صددرصد پاک است.  

کشور چین دارای منابع بسیار غنی زغال سنگ است و تحقیقات زیادی در آنجا به عمل ‌آورده می شود تا زغال سنگ به سوختی با کربن اندک تبدیل شود. با وجود تعهدات ناشی از معاهده‌ پاریس، به دلیل لزوم دسترسی مستقل به انرژی های ارزان، همچنان به بهره گیری از زغال سنگ ادامه داده می‌ شود. به گونه‌ ای که 75 درصد از نیروگاه هایی با مصرف سوخت زغال سنگ جهان در سال 2020، در چین راه اندازی شده است.

چنانچه بر اثر سرمایه‌ گذاری های زیاد، و به یاری فناوری های جدید، قیمت تمام شده‌ برق پاک به 2 و حتی یک سنت به ازای هر کیلووات ساعت برسد، آنگاه قیمت تمام شده‌ هیدروژن نیز به تناسب به 1.5 تا 2  دلار به ازای هر کیلوگرم تنزل می‌ یابد که کاملاً قابل رقابت با هیدروژن های آبی و حتی خاکستری خواهد بود. اگر  هزینه‌ تولید هیدروژن سبز به زیر قیمت 2 دلار به ازای هر کیلوگرم رسانده شود، نقطه عطفی بزرگ برای قاره‌ اروپا فرا می‌رسد. فرض بر اینست که اگر در سال 2040 بهای تولید هیدروژن بین 0.8 تا 1.4 دلار به ازای هر کیلوگرم در شمال آفریقا تقلیل یابد، در آن موقع هزینه‌ انتقال آن به وسیله‌ خط لوله به آلمان، به 20 تا 40 سنت در هر کیلوگرم بالغ می‌ گردد. هزینه‌ پایین انتقال هیدروژن به وسیله‌ خط لوله، یک مزیت بزرگ برای این گاز محسوب می‌ شود. 

سرمایه گذاری در تولید هیدروژن سبز

سیستم الکترولیز دارای دو عامل هزینه است: هزینه‌ های سرمایه‌ ای برای برپا نمودن تأسیسات و هزینه‌ های بهره‌ برداری (و نگهداری). در شرایط استفاده از 40 درصد بار کامل از این تأسیسات، غالباً نسبت هزینه‌ های سرمایه‌ ای به هزینه‌ های بهره برداری 20 به 80 است. برای تعیین قیمت تمام شده‌ تولید هیدروژن سبز، عامل مؤثر دیگر، میزان مصرف برق برای تبدیل آب به اکسیژن و هیدروژن است. برای تولید هر کیلوگرم هیدروژن نزدیک به 55 تا 60 کیلووات ساعت برق مصرف می‌ شود. پیش بینی می‌ گردد که بر اثر ارتقای فناوری در خلال سال های 2025 تا 2030، مقدار مصرف به سطح 50 کیلووات تنزل یابد. بلومبرگ پیش بینی نموده با احتساب هزینه‌ هایی به مبلغ 37 تا 83 یورو به ازای هر مگاوات ساعت انرژی (بسته به کشور تولید کننده)، بهای هر کیلوگرم هیدروژن (با لحاظ عوارض و مالیات) بین 2.5 تا 5.5 یورو تعیین ‌شود. اما در کشورهای پرتغال و اسپانیا با استفاده از انرژی خورشیدی بسیار ارزان، بهای هر مگاوات ساعت به طور محافظه کارانه 25 (و در مواردی خاص بین 12 تا 20 یورو) حاصل می‌ شود. در صورتی که سیستم انرژی خورشیدی مستقیماً به تأسیسات الکترولیز متصل شود، برای تولید هر کیلوگرم هیدروژن (بدون لحاظ عوارض و مالیات) مبلغی حدود 1.65 یورو (1.96 دلار) صرف می‌ شود. این مبلغ قابل رقابت با قیمت های تمام شده‌ هیدروژن‌ های خاکستری و آبی می‌ باشد.

طبق بررسی های به عمل آمده، هم اکنون 30 کشور جهان راهبرد سرمایه‌ گذاری در 228 پروژه‌ تولید و مصرف هیدروژن را برگزیده‌اند. سهم مناطق بر حسب تعداد به ترتیب اروپا 126، آسیا 46، اقیانوسیه 24، و امریکای شمالی 19 پروژه است. برمبنای مقیاس تولید (بر حسب گیگاوات)، برنامه ریزی برای اجرای 17 پروژه‌ی بزرگ انجام شده که به ترتیب اروپا، استرالیا، خاورمیانه و شیلی حائز رتبه‌ های برتر هستند. البته هنوز برای شروع سه چهارم از این پروژه ها منابع مالی کافی تأمین نشده است. پروژه هایی به مبلغ 45 میلیارد دلار مراحل مطالعاتی یک و دو را طی کرده‌ اند. برای پروژه هایی به مبلغ 38 میلیارد دلار بعضاً تصمیم برای تأمین سرمایه اتخاذ شده، مرحله‌ ساخت شروع گردیده و برخی نیز عملیات بهره برداری هم انجام شده است. بر اساس برآوردهای سال 2020، حدود دو سوم از تولید جهانی هیدروژن به میزان 6.7 میلیون تن در سال 2030 عملیاتی می‌ گردد. حمایت دولت های جهان برای پوشش این سرمایه‌ گذاری‌ها، با اختصاص 70 میلیارد دلار بودجه تحقق می‌ پذیرد که 80 درصد آن از محل سازوکار قیمت‌گذاری مالیات گازکربنیک پوشش داده می‌ شود. قیمت تولید هیدروژن سبز شدیداً در حال کاهش است. یکی از عوامل تأثیرگذار، کمتر شدن دور از انتظار 30 تا 50 درصدی هزینه‌ های سیستم الکترولیز است. در عین حال تنزل قیمت انرژی در سطح جهان، قیمت انرژی‌ های تجدیدپذیر را رقابتی‌ تر می‌ کند. در تصویر زیر دورنمای قیمت های انواع هیدروژن نشان داده شده است. در حالی که هزینه‌ تولید هیدروژن خاکستری به قیمت ثابت 1.59 دلار به ازای هر کیلوگرم طی مدت های طولانی تغییری نمی‌ کند، قیمت هیدروژن سبز از 4 تا 5 دلار سال 2020 به 1.5 دلار به ازای هر کیلوگرم در سال 2050 تنزل می‌ یابد. البته با احتساب حد بهینه مکانی(optimal location)،  هیدروژن سبز در سال 2030 و هیدروژن کم کربن در سال 2025 کمتر از بهای هیدروژن خاکستری می‌ گردند. ضمن اینکه افزودن مالیات بر هیدروژن خاکستری، مدت زمان های مزبور را کوتاهتر هم می‌ کند. برای دستیابی به این اهداف، تحقق دو شرط تولید در اندازه‌ 65 گیگاوات و سرمایه گذاری به مبلغ 50 میلیارد دلار ضرورت می یابد.         

حمل هیدروژن نیز یک مسئله‌ مهم است. به شرط وجود تقاضای کافی و ثابت، در فواصل کوتاه و متوسط و همچنین در فواصل طولانی زیر دریا، خط لوله‌ تقویت شده بهترین وسیله جابجایی هیدروژن است. اگر تقاضا دارای تغییرات زیاد باشد، کامیون ها و کشتی ها (از نوع تانکر) کم هزینه‌ تر هستند. در هر حال جابجایی هیدروژن 1 تا 2 دلار به ازای هر کیلوگرم، هزینه در بر دارد. با این وجود، خط لوله‌ هیدروژن در مقایسه‌ با کابل های برق، به لحاظ ظرفیت انتقال 10 برابر و از نظر هزینه‌ جابجایی یک هشتم می‌ باشد.

اعضای یک انجمن هیدروژن اروپایی شامل اتحادی بین شرکت های انرژی، حمل و نقل و صنعت در نظر دارند که تا سال 2030 میزان تولید هیدروژن سبز را به 40 گیگاوات برسانند. از منظر آنان تنها راه متوقف کردن مصرف زیاد انرژی های فسیلی، هیدروژن است (و نه باتری). منتها باید شیب منحنی تنزل قیمت تمام شده‌ هیدروژن تندتر از شیب تنزل کاهش هزینه‌ های باتری ها باشد. زیرا دهه‌ قبل، دوره‌ سرمایه‌ گذاری در صنعت باتری بوده و این دهه فرصت مناسبی برای سرمایه‌ گذاری در صنعت تولید هیدروژن سبز می‌ باشد. رئیس هیئت مدیره شرکت تویوتا پیش بینی می‌ کند ظرف 20 سال آینده، 30 درصد از انرژی مصرفی از نوع هیدروژن باشد. او می‌ گوید کشورهای ژاپن، کره جنوبی، تایوان و ... انرژی بادی کمی دارند و تولید انرژی های تجدیدپذیر نسبت به سطح نیاز آنها اندک است. بنابراین هرچه بهای هیدروژن کمتر شود، از خریدن آن استقبال بیشتری می‌ کنند. هدف‌ گذاری کشورهای اروپایی برای توسعه‌ صنعت برق از محل منابع تجدیدپذیر (در راستای بهره‌ گیری از این برق برای دستگاه های عظیم الکترولیز تولید گاز هیدروژن) تا قبل از سال 2030 در سطح 40 گیگاوات تنظیم شده است، تا بدین وسیله 10 میلیون تن هیدروژن تولید شود.  سهم فرانسه 6.5، آلمان و انگلیس هم هر یک 5 گیگاوات برق منظور شده است. این اتحادیه در برنامه‌ خود برای سال 2050، تولید بیش از 500 گیگاوات انرژی فقط برای تولید هیدروژن را منظور کرده است. این در حالیست که تاکنون رکورد مصرف برق اروپا در همه زمینه‌ها 550 گیگاوات در سال بوده است. البته دستیابی به این هدف مستلزم ایجاد زیرساخت ها، تدوین مقررات و برقراری سیستم های مختلف است. زیرا میزان مصرف سالانه هیدروژن قاعدتاٌ متناسب با تولید منابع تجدیدپذیر، مخازن قابل ذخیره کردن هیدروژن، مدیریت توزیع برق و یکپارچه سازی بسیاری از امور مرتبط است.

البته بعضی از مخالفان صنعت هیدروژن، به هزینه‌ های جدایی‌ناپذیر مرتبط با هیدروژن اشاره می‌ کنند که عموماً در محاسبات منظور نمی‌ گردند. سرمایه گذاری های قابل توجه برای تأسیس زیرساخت های لازم در راستای انجام فرایندهای تبعی چون فشرده‌ سازی، مایع سازی و توزیع هیدروژن و همچنین هزینه‌ های عملیاتی و نگهداری آنها که چندان هم اندک نیستند. ضمن اینکه متذکر می‌ شوند، در این فرایندها، مقادیر زیادی گازهای آلاینده و گلخانه‌ای هم تولید می‌ گردند که اغلب نادیده گرفته می‌ شوند. مطلب دیگر مصرف بسیار زیاد آب است. اگر چه که پس از مصرف هیدروژن، مجدداً آب به طبیعت بازگردانده می‌شود.  

کاتالیست های جداساز هیدروژن از اکسیژن با بازدهی بسیار بالا  

در حال حاضر دو روش عمده‌ی جداسازی هیدروژن از اکسیژن یعنی روش الکترولیز بازی (alkaline) و الکترولیت غشای تبدیل پروتون چندگانه و چند لایه (proton exchknge membrane , PEM) وجود دارند.

در تصویر زیر یک کارخانه‌ تولید هیدروژن به روش بازی نشان داده شده است.

در این روش ها میزان حرارت اعمال شده به سیستم نسبتاً کم و از منابع خارجی است. هم اینک یک شرکت سازنده کاتالیزور شیمیایی دانمارکی برنامه‌ ای را اعلام کرده که بر مبنای آن یک کارخانه‌ بسیار بزرگ الکترولیز جامد دولتی به توان 500 مگاوات را در سال 2023 به بهره برداری می‌ رساند. در این سیستم برای افزایش بازدهی فرایند الکترولیز، از دمای بسیار بالا استفاده می‌ شود و بدین ترتیب بیش از 90 درصد از برق تجدیدپذیری که وارد دستگاه الکترولیزکننده می‌ گردد، در هیدروژن تولیدی ذخیره می‌ شود. در حالی که در روش های قبلی، هیدروژن تولیدی فقط 70 درصد از انرژی های ورودی را در بر می‌ گرفت. بدین معنی که به دلیل استفاده‌ی مجدد از حرارت خروجی در روش جدید، میزان برق مصرفی 30 درصد تنزل می‌ یابد. در واقع نیمی از بهبود بهره‌ وری ناشی از بازدهی بالای سیستم و نیمی دیگر به سبب استفاده‌ برق به جای اعمال حرارت است. اصولاً در فرایند الکترولیز، قیمت تمام شده‌ برق ورودی، عامل 75 درصد از بهای هیدروژن تولیدی است. پس با کاهش 30 درصدی برق مصرفی در سیستم نوین، به تقریب 20 درصد کاهش در بهای هیدروژن حاصل می‌گردد. نکته‌ دیگر اینست که هر ماژول الکترولیز کننده، توان تولید یک مگاوات را دارد و در صورت رشد تقاضا می‌توان آن را تا 5 گیگاوات گسترش داد.

یک گروه پژوهشی در ژاپن، موفق به ساخت فتوکاتالیستی شده که به وسیله‌ آن می‌ توان هیدروژن و اکسیژن را با بازدهی کوانتومی نزدیک به 100 درصد رساند. ساختار این فتوکاتالیست از ذرات و کاتالیست نیمه هادی تشکیل شده است. کاتالیست های مولکولهای H2‌ و O2 به گونه‌ای انتخاب شده‌ اند تا بر مبنای اصل حمل بار الکتریکی فیلتر ناهمسانگرد، به وسیله‌ اعمال فتون در وجوه مختلف ذرات کریستالی (SrTiO3)، ذخیره شوند. این ساختار فتوکاتالیستی، به طور مؤثری از تلفات ترکیب مجدد بارها جلوگیری می‌کند و به سطح بالای بازدهی کوانتومی می‌ رسد.

واکنش های جداسازی آب بر اثر انرژی خورشیدی، یک فناوری برای تولید انرژی تجدیدپذیر (هیدروژن خورشیدی) در مقیاس کلان است. برای آنکه این فناوری در سطح عملیاتی به مورد اجرا درآید، باید از هزینه‌ های تولید هیدروژن خورشیدی به شدت کاسته شود. این کار مستلزم آن است که سیستم واکنش جداسازی آب با بازدهی بالا، در مقیاس بزرگ انجام شود. برای اینکار، فتوکاتالیست های نیمه هادی ذره‌ ای را می‌توان طبق فرایندهایی ساده، در مساحت های بزرگتر گسترش داد. بنابراین اگر بتوان فتوکاتالیست های محرک واکنش های تجزیه آب را از طریق نور خورشید با بازدهی بسیار بالا ساخت، آنگاه می‌ توان گام های بلندی به سمت تولید هیدروژن خورشیدی در مقیاس های بسیار بزرگ برداشت. 

برای ارتقای بازدهی سطح به کارگیری انرژی خورشیدی برای تجزیه‌ آب (به واسطه‌ فتوکاتالیست ها)، ضرورت دارد دو عامل را بهبود بخشید: گسترده‌تر کردن طیف طول موج خورشید مورد استفاده فتوکاتالیست برای انجام واکنش ها و همچنین ازدیاد بازده‌ کوانتومی در هر طول موج.  مورد اول توسط میزان شکاف نوار نوری مواد فتوکاتالیست مورد استفاده، مشخص می‌ گردد. و مورد دوم به وسیله‌ کیفیت مواد فتوکاتالیست و وضعیت کارکرد کاتالیست مصرفی برای انجام واکنش ها، معین می‌ گردد. تجزیه‌ فتوکاتالیستی آب، یک فرایند شیمیایی انرژی‌بر است و انتقال چند الکترون در یک حالت نامتعادل را در بر می‌گیرد. این پژوهش اصول طراحی و عملیات روشهای تجزیه‌ آب با بازدهی کوانتومی بالا را به مراتب بهبود بخشیده است.

در مجموعه آزمایش های دیگری که توسط پژوهشگران ژاپنی انجام گرفته است، آنها دریافته اند که اگر لایه‌ ای به ضخامت 3 تا 5 اتم از گرافین بر روی نیکل یا مس قرارداده شود، اثر کاتالیستی آنها برای تولید هیدروژن افزایش داده می‌ شود. اینکار به ارزان تر شدن سوخت خودروهایی با انتشار آلودگی صفر کمک می‌ کند. قراردادن گرافین موجب مقاومت الکترودها در برابر اثر خوردگی اسیدی بر روی آنها می‌ شود.

مشکل از اینجا شروع می‌ گردد که اولاً الکترودهای گرانبها نظیر تیتانیوم که در برابر محیط های اسیدی مقاوم هستند، قیمت تمام شده‌ تولید هیدروژن را بالا می‌ برند. و اگر از الکترودهای ارزان استفاده شود، آنگاه به سرعت دچار خوردگی می‌ شوند. البته در این پژوهش برای جایگزینی فلزات گرانبها از نیکل یا آلیاژی از نیکل استفاده شده که ضمن ارزانی، مقاومت خوبی هم در برابر محیط اسیدی دارند. حال اگر برای حفاظت از الکترودهای ارزان بر روی آنها لایه‌ های گرافینی زیادی نهاده شود، اصلاً مبادله الکتریکی صورت نمی پذیرد. و اگر میزان لایه ها کم باشد، فقط کمی بر طول عمر الکترودهای ارزان قیمت افزوده می‌ گردد.

راه حل اول این است که تعداد بهینه‌ لایه ها، دقیقاً معین شود. ضمن اینکه ضرورت دارد لایه‌ گرافینی دارای ساختار سوراخدار (شبیه کندوی عسل) باشد تا ضمن اجازه‌ عبور پروتون ها به میزانی معین از میان آنها، با کاتالیست ها ترکیب شوند. در واقع پروتون هسته‌ هیدروژن، می‌بایست به یکدیگر چسبیده شده تا مولکول H2 تولید گردد. این پروژه‌ تحقیقاتی برای افزایش بازدهی همچنان ادامه دارد. 

در یک آزمایش دیگر برای کاهش هزینه‌ های تولید هیدروژن، از نیکل که ارزان و در کره زمین فراوان می‌ باشد، استفاده شده است. برای افزایش بهره وری آن، یک مارپیچ نانویی سه بعدی NH با زاویه‌ ای مورب طراحی شده تا سطح قابل تماس آن با محلول تا حد ممکن ارتقا یابد. لذا با ساخت کاتالیزور بسیار فعال و پایدار Ni NHs که در آن Cr تعبیه شده، به امر تولید هیدروژن با بالاترین بازدهی و کاهش مازاد ولتاژ (به میزان یک چهارم کاتالیست های ورق نیکلی فعلی) موفق گردیده‌ اند.

از طرف دیگر تاکنون هیدروژن با بازدهی کم از گاز طبیعی استخراج می‌ گردیده است. هیدروژن خاکستری، محصول سوخت فسیلی در یک محیط گرم است و در مقابل تولید هر تن هیدروژن، تناژ زیادی گازکربنیک آزاد می‌ شود. بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی (IEA) تولید هیدروژن از سوخت فسیلی عامل 830 میلیون تن گازکربنیک در هر سال است. هیدروژن آبی نیز محصول سوخت فسیلی است، با این تفاوت که گازکربنیک آن به (CCS) تبدیل می‌ شود و لذا آلودگی بسیار کمتری دارد. قرار است که ابوظبی طی یک دهه‌ آینده 122 میلیارد دلار برای افزایش تولید نفت خود از 4 میلیون بشکه‌ فعلی به 5 میلیون تن در روز سرمایه گذاری کند و در این پروژه امر تولید هیدروژن آبی را برای مصارف خود و صادرات منظور نموده است.

فرایند تبدیل بخار متان (SMR) برای تولید هر کیلوگرم هیدروژن، نیاز به انرژی فراوان دارد و در این فرایند 7 کیلوگرم گازکربنیک تولید می شود و لذا به نظر می‌ رسد که این امر نقض غرض باشد. فرایند (SMR) عامل 3 درصد از کل انتشار گازکربنیک بخش صنعت جهان بوده است. ولی اخیراً در یک پژوهش که در ایالت اورگان آمریکا انجام گرفته، هیدروژن با بازدهی بسیار بالاتری از گاز متان به دست آمده است. در این تکنیک، گاز متان در حضور یک کاتالیست با بخار آب تحت فشار زیاد مخلوط شده و بر اثر واکنش هایی گازهای هیدروژن، منواکسید کربن و مقدار کمی دی اکسید کربن تولید می‌ گردد. در ادامه گاز- آب حاصله با حضور کاتالیستی دیگر، واکنش نشان داده و گازهای دی اکسید کربن و هیدروژن حاصل می‌ شود. این سیستم به لحاظ تولید گازهای گلخانه‌ ای برتری چندانی نسبت به گاز طبیعی ندارد. ولی با استفاده از آن می‌ توان به گاز هیدروژنی دست یافت که برای راه اندازی پیل سوختی و تولید برق کاربری دارد. 

کاهش میزان گازهای آلاینده در ساخت خودروها

شرکت های خودرو‌سازی بزرگ در راستای تعهدات خود برای کاهش تولید گازهای گلخانه‌ ای تا سال 2030 ، تحت فشار قراردارند. این فشار از دو جبهه‌ مختلف یکی در زمینه‌ حذف تولید خودروهایی با سوخت فسیلی و دیگری در رابطه با کاهش گازهای گلخانه‌ ای به هنگام ساخت خودروها وارد می گردد.

شرکت بی. ام. و. اعلام نموده در راستای انجام تعهدات خود برای کاهش 2.5 میلیون تن گازهای گلخانه‌ ای، در نظر دارد نیازش به مقادیر زیادی آلومینیوم را از شرکت (Emirates Global Aluminium , EGA) امارات متحده عربی تأمین کند. این شرکت اولین تولید کننده‌ آلومینیوم در جهان بر اساس انرژی‌های تجدیدپذیر است. طرح خرید نیمی از نیاز سالانه‌ این شرکت خودروسازی به میزان 43 هزار تن آلومینیوم به مبلغ چند صد میلیون دلار در حال انجام است. برق مورد نیاز آلومینیوم تولیدی، از طریق نیروگاه عظیم خورشیدی نصب شده در کویر جنوب دوبی تأمین می‌ شود. قرار است متعاقباً میزان خرید این نوع آلومینیوم به صددرصد نیاز آتی برسد. آلومینیوم مزبور در کارخانه‌ی قطعه‌‌سازی (سبک فلزی) واقع در (Landshut) آلمان طی فرایندهایی به قطعات خودرو تبدیل می‌ شود. 

این موضوع در مورد صنعت سیمان نیز صادق است. بر اساس آمار سال 2018 منتشر شده توسط انگلیس، در جهان 4 میلیارد تن سیمان در سال تولید می‌ شود که عامل 8 درصد از انتشار گازکربنیک است. استفاده از سوخت هیدروژن به جای سوخت فسیلی، تغییر عمده‌ ای در آلودگی آب و هوای جهان ایجاد می‌ کند. با عنایت به تعهدات کشورها در معاهده‌ پاریس، از طریق اعمال مالیات بر کربن و پرداخت یارانه بابت تولید انرژی های پاک، شرکت های زیادی به ویژه در انگلیس به استفاده از هیدروژن در صنعت تولید سیمان گرایش یافته‌ اند.

(این نوشتار ادامه دارد)

* مشاور انجمن صنفی شرکت‌های حمل و نقل ریلی و خدمات وابسته