يبدو الهيدروجين الأخضر وكأنه مكسب للبلدان النامية. لكن التكلفة والنقل مشكلة

يستخدم الهيدروجين بشكل أساسي في صناعة المواد الكيميائية مثل الأسمدة وفي مصافي النفط. يتكون معظم الهيدروجين في العالم اليوم من الغاز الطبيعي أو الفحم – وهي طرق مرتبطة بانبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. لذلك تتطلع البلدان المتقدمة إلى “استخدام الهيدروجين الأخضر” بدلاً من ذلك – يتم إنتاجه باستخدام الكهرباء المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. يشرح خبراء الطاقة رود كرومبتون وبروس يونغ الفوائد والتحديات المحتملة للهيدروجين الأخضر.

ما هو الهيدروجين المستخدم؟

بلغ الطلب العالمي على الهيدروجين 94 مليون طن في عام 2021 ، واحتوى على طاقة تعادل حوالي 2.5٪ من الاستهلاك العالمي النهائي للطاقة. حوالي 0.1 ٪ فقط من إنتاج الهيدروجين العالمي الحالي هو أخضر ، لكن التوسعات الكبيرة مخطط لها.

كما تم تصور تطبيقات جديدة للهيدروجين الأخضر.

يعتبر تصنيف Liebreich مؤشرًا مفيدًا للأسواق المحتملة للهيدروجين الأخضر.

نظرًا لأن الهدف من استخدام الهيدروجين الأخضر هو تقليل ثاني أكسيد الكربون حقًا ، يجب أن تكون التطبيقات المستهدفة أولاً هي تلك التي ستحقق أكبر تخفيضات في الانبعاثات. يُظهر سلم ليبرايش ما هي عليه. التطبيقات الموجودة في الصف العلوي (الأخضر) هي استخدام فعال للهيدروجين الأخضر القيم.

لكن إنتاج الهيدروجين الأخضر حاليًا يكلف أكثر بكثير من إنتاج أنواع الهيدروجين الأقل نظافة. إن استخدامه لإنتاج 180 مليون طن سنويًا من الأمونيا المطلوبة عالميًا لإنتاج الأسمدة سيكون له تأثير ضار شديد على أسعار المواد الغذائية.

لذلك من الصعب رؤية كيف سيحدث هذا الانتقال.

كيف يتم صنع الهيدروجين الأخضر؟

يتكون الهيدروجين الأخضر من الماء. باستخدام الكهرباء المتجددة (“الخضراء”) ، تقوم معدات تسمى المحلل الكهربائي بفصل الهيدروجين عن الأكسجين في الماء (H₂O). تسمى هذه العملية بالتحليل الكهربائي.

لا ينتج عن إنتاج الهيدروجين الأخضر أي ثاني أكسيد الكربون ، لكن بناء البنية التحتية للكهرباء المتجددة يستخدم حاليًا الوقود الأحفوري ، الذي ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون.

يُصنع الهيدروجين تقليديًا من مصادر الطاقة غير المتجددة مثل الفحم (“الهيدروجين الأسود”) والغاز الطبيعي (“الهيدروجين الرمادي”). عندما يتم الجمع بين هذه الطرق مع احتجاز الكربون وتخزينه ، يُعرف الهيدروجين المنتج باسم “الهيدروجين الأزرق”.

ما هي التحديات التي يمثلها الهيدروجين الأخضر؟

على الرغم من انخفاض تكاليف توليد الطاقة المتجددة ، إلا أن تكلفة التحليل الكهربائي لا تزال غير تنافسية تجاريًا.

اليوم ، يقدر الهيدروجين الأخضر بتكلفة مكافئة للطاقة تتراوح بين 250 دولارًا أمريكيًا و 400 دولارًا أمريكيًا لبرميل النفط عند بوابة المصنع ، وفقًا للوكالة الدولية للطاقة المتجددة. من المتوقع حدوث تخفيضات في التكلفة في المستقبل ولكنها غير مؤكدة. تبلغ أسعار النفط الحالية حوالي 100 دولار للبرميل – أقل بكثير من تكلفة استخدام الهيدروجين الأخضر بدلاً من المنتجات البترولية التقليدية.

يجب أن تؤخذ تكاليف نقل الهيدروجين في الاعتبار أيضًا.

لسوء الحظ ، فإن فيزياء الهيدروجين تتعارض مع نقل الهيدروجين منخفض التكلفة. إنه أكثر تحديًا من الوقود السائل القائم على النفط أو غاز البترول المسال أو الغاز الطبيعي المسال. يجب أن يكون نقل الهيدروجين عبر المحيط في درجات حرارة منخفضة جدًا (-253 درجة مئوية). لا يحتاج البنزين أو الديزل إلى تبريد مكلف: يتم نقله في درجة حرارة الهواء المحيط.

ويحمل الهيدروجين 25٪ فقط من الطاقة التي يحملها لتر البنزين ، مما يجعل نقل وتخزين نفس الكمية من الطاقة أكثر تكلفة.

تم التحقيق في طرق بديلة لنقل الهيدروجين. نظرًا لأن الأمونيا (NH₃) أسهل بكثير وأرخص في النقل من الهيدروجين ، فقد أوصت الوكالة الدولية للطاقة المتجددة “بتخزين” الهيدروجين في الأمونيا للشحن. لكن هذا يتطلب معدات إضافية لوضع الهيدروجين في الأمونيا وتجريده من وجهته. تضيف هذه العمليات تكاليف حوالي 2.50 دولار أمريكي إلى 4.20 دولار أمريكي / كجم (ما يعادل 123 دولار أمريكي – 207 دولار أمريكي لبرميل النفط) وفقًا للوكالة.

الهيدروجين أكثر صعوبة في التعامل معه من الوقود الأحفوري التقليدي. إنه غاز عديم اللون والرائحة والمذاق ، على عكس الهيدروكربونات التقليدية. هذا يجعل اكتشاف التسرب أكثر صعوبة ويزيد من خطر نشوب حريق أو انفجار. حرائق الهيدروجين غير مرئية للعين البشرية.

تاريخيا ، تم التحكم في الهيدروجين داخل محيط المصنع وإدارته بواسطة أشخاص مدربين. سيتطلب إدخال الهيدروجين على نطاق واسع في المجتمع تدابير ومهارات جديدة ، بما في ذلك التأمين ومناولة المواد ومكافحة الحرائق وإدارة الكوارث.

أين من المحتمل أن يتم بناء مشاريع الهيدروجين العملاقة الأولى؟

بدأ بالفعل إنشاء أول مشروع هيدروجين أخضر بمقياس جيجاوات في المملكة العربية السعودية. سيتم بناء العديد من المشاريع الرائدة في نصف الكرة الجنوبي ، ومعظمها في البلدان النامية. هذا لأنهم أقل كثافة سكانية ولديهم موارد طاقة متجددة أفضل (الطاقة الشمسية وطاقة الرياح) لتوليد الكهرباء اللازمة.

على الرغم من أن هذا قد يبدو إيجابيًا بالنسبة للبلدان النامية ، إلا أن هناك مخاطر كبيرة في تطوير مشاريع الهيدروجين الضخمة. لسبب واحد ، ينص “القانون الحديدي” للمشاريع العملاقة على ما يلي: “تجاوز الميزانية ، بمرور الوقت ، في ظل الفوائد ، مرارًا وتكرارًا”. يتحمل أصحاب المشروع مخاطر تنفيذ المشروع.

تشمل المخاطر أيضًا مخاطر سعر الصرف ، والمواقع النائية ، والتكنولوجيا الرائدة ، ونقص المهارات. سيتعين على البلدان المضيفة المحتملة أن توازن بين هذه المخاطر وإغراءات تحسين الاستثمار والتوظيف وميزان المدفوعات. سيكون من الحكمة انتزاع ضمانات من بلدانهم العملاء لتجنب ظلم الجنوب العالمي الذي يدعم الشمال العالمي وهو ينتقل إلى طاقة أنظف.

اقرأ المزيد: تتمتع جنوب إفريقيا بإمكانيات هائلة في مجال “الوقود الأخضر”. لكنها بحاجة للعمل الآن

جنوب أفريقيا لديها الآن “خارطة طريق الهيدروجين” بعد سنوات عديدة من التمويل الحكومي. هناك حديث من قبل شركة الطاقة Sasol وشركة Toyota المصنعة للسيارات عن “وادي الهيدروجين” ، وهو ممر جغرافي لصناعات الهيدروجين المركزة وتطبيقاته. وتتحدث حكومة جنوب إفريقيا وساسول عن إنشاء ميناء جديد على الساحل الغربي في Boegoebaai لتصنيع وتصدير الهيدروجين الأخضر. في خليج نيلسون مانديلا ، تخطط Hive Hydrogen لإنشاء مصنع للأمونيا الخضراء بقيمة 4.6 مليار دولار أمريكي.

تمتلك ناميبيا أيضًا خططًا كبيرة لمشروع هيدروجين أخضر بقيمة 10 مليارات دولار أمريكي.

يكمن مفتاح تقليل تكاليف الهيدروجين الخضراء في المستقبل بشكل أساسي في التحسينات التكنولوجية وخفض التكاليف المتعلقة بالتصنيع الشامل وتوسيع نطاق التحليل الكهربائي. وبدرجة أقل ، التخفيضات الإضافية في التكاليف في النقل والمناولة.