لماذا سيبقى الهيدروجين حلاً لانبعاثات الكربون حتى نتمكن من إنتاجه بطريقة نظيفة؟

الهيدروجين حلاً لانبعاثات الكربون حيث للهيدروجين مجال كبير لتشغيل العديد من التطبيقات الصناعية. ولكن حتى إنتاجها باستخدام الكهرباء المتجددة أقل كفاءة من استخدام تلك الكهرباء كمصدر مباشر للطاقة. أفضل استخدام للهيدروجين هو تشغيل القطاعات التي يصعب إمدادها بالكهرباء.

انخفضت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية بنسبة 6.4٪ (ضعف انبعاثات اليابان السنوية تقريبًا) في عام 2020. ويرجع ذلك أساسًا إلى تأثير COVID-19. في حين أن هذا كان انخفاضًا كبيرًا. إلا أنه يضع الحد من الكربون المطلوب للوصول إلى اتفاقية باريس إلى حد كبير في المنظور الصحيح. للقيام بذلك (وبالتالي الحد من الاحترار العالمي إلى 1.5 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة). يجب أن تنخفض انبعاثات الكربون بنسبة 7.6٪ على أساس سنوي. باختصار ، نحن بحاجة إلى تقليل الانبعاثات بوتيرة أسرع مما كانت عليه في عام 2020 كل عام خلال العقد المقبل.
على الورق ، هذا صعب للغاية ؛ في الممارسة العملية حتى أصعب.

أحد الحلول التي نسمع عنها كثيرًا هو الهيدروجين. يمتلك الهيدروجين القدرة على تشغيل مساحات شاسعة من التطبيقات الصناعية ، من المعادن شديدة التلوث إلى الأسمنت. ومع ذلك ، بناءً على ما وصلنا إليه اليوم. والسرعة التي نتقدم بها مع قدرة الطاقة المتجددة اللازمة. لإنتاجها بطريقة نظيفة على نطاق واسع. سيظل الهيدروجين حلاً كثيف الكربون لسنوات عديدة قادمة.

الهيدروجين 2021: تكنولوجيا كثيفة الكربون

يستخدم الهيدروجين بالفعل على نطاق واسع عبر التطبيقات الصناعية. ومع ذلك ، فإن أقل من 1٪ من إنتاج الهيدروجين العالمي مشتق من الطاقة المتجددة (الهيدروجين الأخضر). أو من محطات الوقود الأحفوري المجهزة بتخزين الكربون (الهيدروجين الأزرق). يتم الحصول على نسبة 99 ٪ المتبقية من الوقود الأحفوري الباعث للكربون (مثل الهيدروجين الرمادي) الذي ينبعث منه العديد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مثل المملكة المتحدة وإندونيسيا مجتمعين. وبالتالي لا يمكن اعتبارها خيارات منخفضة الكربون. وحتى الهيدروجين الأزرق لا ينبغي اعتباره محايدًا لثاني أكسيد الكربون أو كبديل نظيف ، كما هو الحال غالبًا. بحث بحث جديد للتو في انبعاثاته واكتشف أنه قد يتسبب في ضرر أكبر من حرق الغاز الطبيعي أو الفحم مباشرة للتدفئة.

في الواقع ، إن مجرد إنتاج كل إنتاج الهيدروجين المخصص اليوم (69 مليون طن) باستخدام الطاقة المتجددة (بدلاً من الوقود الأحفوري) يتطلب كهرباء أكثر من الكمية السنوية التي يولدها الاتحاد الأوروبي. بالنظر إلى أنه في عام 2020 ، جاءت 38٪ من كهرباء الاتحاد الأوروبي من مصادر الطاقة المتجددة ، فمن الواضح أن طاقة الطاقة المتجددة تحتاج إلى زيادة كبيرة لإنتاج طاقة كافية لتلبية كل من الاحتياجات الكهربائية المتزايدة في العالم وتحويل المياه إلى هيدروجين لتوليد الطاقة الصناعية (وفي النهاية المحلية). تم توضيح هذه الحاجة الملحة لزيادة السعة في خطاب مفتوح من المديرين التنفيذيين في مجال طاقة الرياح إلى دول مجموعة العشرين في يوليو.

الهيدروجين غير الأخضر

حتى مع زيادة إمدادات الطاقة المتجددة ، فإن إنتاج الهيدروجين الأخضر بهذه الطريقة ليس هو الاستخدام الأكثر كفاءة للطاقة – وليس بالضرورة حلاً سريعًا لـ 99٪ من إنتاج الهيدروجين الحالي الذي ينطوي حاليًا على بصمة كربونية كبيرة.

هذا لأن الهيدروجين الأخضر يأتي دائمًا مع فقدان كبير للطاقة. تتراوح كفاءة المحلل الكهربائي الذي يحول الماء إلى هيدروجين من حوالي 60-80٪ ، مما يعني فقدان 20-40٪ من الطاقة في هذه العملية. يؤدي المزيد من تحويل الهيدروجين إلى ناقلات أخرى (مثل الأمونيا) إلى مزيد من فقدان الطاقة ، ومن ثم يحتاج أيضًا إلى النقل. هذا يعني أن 100 كيلوواط ساعة من الطاقة المتجددة تنتج عادة ما بين 60-80 كيلوواط ساعة من طاقة الهيدروجين.

نظرًا لأن الطاقة المتجددة لا تساهم إلا بجزء صغير من إجمالي استهلاك الطاقة في العالم ، فمن المنطقي استخدام الطاقة المتجددة مباشرةً ككهرباء للاستخدامات النهائية لخفض الانبعاثات بشكل فعال (بافتراض توفر تخزين الطاقة) ، بدلاً من فقدان كميات كبيرة منها من خلال البيئة الخضراء إنتاج الهيدروجين (الذي يؤدي بشكل غير مباشر إلى زيادة متطلبات الوقود الأحفوري لتعويض خسارة 20-40٪). توجد استثناءات لتوليد الكهرباء المتجددة التي لا يمكن توصيلها بسهولة بالشبكات و / أو عندما لا يكون تخزين الكهرباء ممكنًا بعد (مثل الرياح البحرية العائمة أو المزارع الشمسية) ثم استخدامها لإنتاج الهيدروجين أمر منطقي.