هیدروژن تا دمای منفی ۲۵۳ درجه هنوز هم گاز باقی میماند، یعنی مایعکردنش هزینه زیادی برمیدارد، بنابراین بهبود تکنولوژی آن اهمیت زیادی دارد
آینده نگر/ منبع: نیو ساینتیست
استرالیا بزرگترین صادرکننده گاز طبیعی مایع (الانجی) است اما ظاهرا انقلابی در عرصه انرژیهای تجدیدپذیر در این کشور در راه است یا باید باشد. شرکای تجاری نزدیک استرالیا مثل چین، کره جنوبی و ژاپن دارند به منابع انرژی پاک توجه زیادی نشان میدهند و دیر یا زود استرالیا هم باید خودش را با این موضوع تطبیق بدهد، وگرنه مشتریانش را از دست خواهد داد.
یکی از راههایی که استرالیا پیش روی خودش میبیند این است که همان انرژی را که به وفور در اختیار دارد صادر کند: آفتاب. این آفتاب به شکل هیدروژن صادر میشود.
آلن فینکل دانشمندی در همین حوزه است که از سوی دولت به عنوان استراتژیست ارشد سیاستهای هیدروژنی تعیین شده. او معتقد است که دنیا به شدت دارد به سمت انرژیهای غیرکربنی پیش میرود. در این راه هیدروژن گزینه بسیار مناسبی است چون میتوان آن را ذخیره و منتقل کرد. تولید هیدروژن هم با شکافتن مولکولهای آب از طریق انرژیهای تجدیدپذیر انجام میگیرد. استرالیا که فضای کافی برای جذب انرژیهای خورشیدی و بادی در اختیار دارد، در چنین شرایطی میتواند موقعیت خوبی به عنوان صادرکننده عمده هیدروژن در دنیا پیدا کند.
استرالیا در حال حاضر هم یک تولیدکننده بزرگ انرژی در دنیا است. صادرات سوختهای فسیلی در سال مالی گذشته ۳۳ میلیارد دلار به اقتصاد استرالیا اضافه کرد. این ۱۴ درصد از کل صادرات سوختهای فسیلی جهان است و احتمالا امسال این رقم بالاتر هم خواهد رفت. بخش زیادی از این صادرات به کشورهای نزدیک به استرالیا میرسد. ژاپن ۴۵ درصد از گاز طبیعی مایع (الانجی) استرالیا و ۳۹ درصد از زغالسنگ آن را میخرد. از زمان وقوع حادثه هستهای فوکوشیما در سال ۲۰۱۱، ژاپن به واردات سوختهای فسیلی وابسته است تا ۹۴ درصد از نیازهای انرژی خود را تامین کند.
اما بر اساس معاهده تغییرات اقلیمی پاریس، ژاپن متعهد شده که آزادسازی کربن را تا سال ۲۰۳۰ میلادی به میزان ۲۶ درصد و تا سال ۲۰۵۰ به میزان ۸۰ درصد کم کند. با این وجود، ژاپن منابع و فضای کافی برای جذب انرژی خورشیدی را در اختیار ندارد و بنابراین از لحاظ انرژیهای تجدیدپذیر نمیتواند توسعه زیادی پیدا کند. فینکل میگوید ژاپن برای تحقق اهداف و تعهداتش در این زمینه باید انرژیهای آلترناتیو بیکربن را وارد کند.
ژاپن به واردات هیدروژن پاک به عنوان آلترناتیوی برای سوختهای فسیلی نگاه میکند. نقشه راه هیدروژنی این کشور که در سال ۲۰۱۷ میلادی تدوین شد، تخمین میزند که ژاپن تا دهه ۲۰۳۰ میلادی بین ۱۵ تا ۳۰ گیگاوات انرژی را از هیدروژن وارداتی تامین کند. این یعنی ۲۰ درصد از تولید انرژی فعلی در ژاپن که توسط سوختهای فسیلی تامین میشود.
استفاده از هیدروژن برای تامین انرژی پدیده جدیدی نیست. در سال ۱۹۲۳ میلادی، بیولوژیستی به نام جیبیاس هالدان پیشنهاد کرد شبکهای از آسیابهای بادی در انگلیس ایجاد شود و این شبکهها برق تولید کنند و این برق بتواند مولکولهای آب را بشکافد و هیدروژن آزاد کند. اگر هیدروژن به درستی سوزانده شود، فقط بخار آب آزاد میکند. این ایده از آن زمان بارها مورد توجه و تجدیدنظر هم قرار گرفته اما هیچ وقت کاملا به نتیجه نرسیده و فراگیر نشده است.
کریگ باکلی پژوهشگر ذخیره هیدروژن از دانشگاه کرتین در غرب استرالیا معتقد است که اکنون اوضاع فرق کرده. تقاضا برای هیدروژن بالا رفته و به خصوص در ژاپن و کره جنوبی زیاد است و این خودش یک عامل مهم و جدید به شمار میرود. عامل دیگر این است که هزینه تولید برق از انرژی خورشیدی و بادی هم پایین آمده. این هزینه اصولا هزینه اصلی در تولید هیدروژن پاک به شمار میرود و وقتی این هزینه کاهش یافته باشد یعنی هزینه تولید هیدروژن هم پایین میآید. چین از سال ۲۰۱۰ میلادی تولید پنلهای خورشیدی و توربینهای بادی را افزایش داده و این باعث شد که هزینه تولید برق توسط انرژی خورشیدی به میزان ۸۰ درصد و توسط انرژی بادی به میزان ۵۰ درصد کاهش پیدا کند. این هزینهها همچنان هم رو به کاهش هستند.
باکلی میگوید: «انرژی تجدیدپذیر در ده سال اخیر به شدت کاهش قیمت داشته و این ما را قادر ساخته که هیدروژن را از انرژیهای تجدیدپذیر تولید کنیم، آن هم با قیمتهای رقابتی با سوختهای فسیلی. این مسئله دارد بازی را کلا تغییر میدهد.»
به گفته فینکل، این تغییر به این معنا نیست که همه چیز سریع و آسان پیش خواهد رفت. اما به هر حال میتوان به سمت استفاده از هیدروژن حرکت کرد و به آینده آن امید داشت. هدف اصلی این است که هزینه تولید هیدروژن در هر کیلوگرم به ۲ دلار استرالیا برسد. این در حالی است که در حال حاضر این هزینه ۶ دلار استرالیاست.
برای تامین این هدف، استرالیا نیاز دارد که هیدروژن را در سطح عمده تولید کند. کاندو فرانسوا اوگی زیسنو پژوهشگر ذخیره هیدروژن از دانشگاه نیو ساوت ولز در سیدنی میگوید تکنولوژی این کار وجود دارد اما چالش بزرگ در این راه این است که چگونه اکوسیستمی برای تولید هیدروژن به وجود بیاوریم.
مثلا دانش درباره اینکه هیدروژن باید چطور تولید و ذخیره و بعد هم منتقل شود وجود دارد اما تکنیکهای موجود در این خصوص خیلی هزینهبر هستند. دارن میلر مدیرعامل آژانس انرژیهای تجدیدپذیر استرالیا معتقد است که نوآوری و کاهش هزینه در این زنجیره تولید باید حتما لحاظ شود. برای صادرات هیدروژن یک راه این است که آن را به مایع تبدیل کنیم، درست شبیه شرایطی که در صادرات گاز طبیعی مایع وجود دارد. اما گاز طبیعی در دمای منفی ۱۶۱ مایع میشود، در حالی که هیدروژن تا دمای منفی ۲۵۳ درجه هنوز هم گاز باقی میماند. یعنی مایعکردن هیدروژن هزینه بیشتری برمیدارد و بنابراین بهبود تکنولوژیها در این راه اهمیت زیادی دارد و پژوهشها در این خصوص گسترده است.
ایدههای دیگری که در این راه مطرح شده این است که هیدروژن را با تبدیل آن به مولکولهایی که اتمهای هیدروژن زیادی را در خود جا بدهند (مثل هیبریدهای فلزی) منتقل کنیم و سپس آن را در موادی که هیدروژن را در خود جذب و بعد آزاد میکنند ذخیره کنیم.
به گفته میلر، بزرگترین چالش در این راه این است که هزینه ماشینهایی که آب را به اکسیژن و هیدروژن شکافت میدهند پایین بیاوریم. ساختن این الکترولایزرها در مقادیری که به درد خط تولید بخورد میتواند هزینه تولید هر واحد را پایین بیاورد. اما این خودش همان مسئله »اول مرغ بوده یا تخممرغ؟» را به وجود میآورد. تا زمانی که تقاضای زیادی برای هیدروژن وجود ندارد، تولید الکترولایزرها بالا نخواهد رفت. اما این افزایش تقاضا هم منوط است به وقتی که هزینه تولید هیدروژن پایین بیاید.
حرکت قدم به قدم به سمت جلو مهمترین کاری است که میتوان در این راستا انجام داد. فینکل میگوید باید اول کاربران محلی که به هیدروژن نیاز دارند شناسایی شوند تا بعد روند تولید هیدروژن بهصرفهتر و گستردهتر شود. هیدروژن پاک میتواند جای هیدروژنی را که از روند صنعتی سوختهای فسیلی به دست میآید بگیرد. یکی از فوریترین استفادههای آن هم این است که از هیدروژن الکترولیتیک برای ساخت آمونیاک استفاده شود، مادهای که در سطح گسترده در تولید کود کاربرد دارد. همچنین مقادیر کوچکی از هیدروژن را میتوان به سیستم گاز خانگی وارد کرد. این راه آسانی است برای آن که میزان امنیت آن را بررسی کرد و تجربه کافی را در استفاده از هیدروژن به دست آورد.
در مسابقه امروزی جهانی بر سر هیدروژن، استرالیا موقعیت خوبی دارد. این کشور هم منابع تجدیدپذیر زیادی دارد، هم فضای کافی برای استفاده از آنها را در ابعاد عظیم در اختیار دارد، هم مناسبات تجاری کنونیاش با واردکنندگان احتمالی هیدروژن نیز به امتیازات بزرگی برای این کشور بدل شدهاند. اما اینها امتیازاتی مخصوص به استرالیا نیستند. کشورهایی مثل قطر، عربستان سعودی و نروژ در میان کشورهایی هستند که روی مسئله صادرات هیدروژنی تمرکز کردهاند. مثلا نروژ اعلام کرده امیدوار است با تولید هیدروژن مایع، آن را به ژاپن صادر کند. این در حالی است که نروژ در حال حاضر هم ۹۶ درصد از برق خود را از انرژی هیدروالکتریک به دست میآورد که میتواند برای تولید هیدروژن پاک در ابعاد گسترده به کار برود. نروژ همچنین به دنبال آن است که هیدروژن را از گاز طبیعی تولید کند.
اتحادیه اروپا یک مشتری دم دست برای هیدروژن صادراتی کشورهایی مثل نروژ خواهد بود. اما شرکای تجاری استرالیا در منطقه آسیا و اقیانوسیه هم ممکن است خیلی سریع به سمت تولیدات قطر، عربستان سعودی و نروژ حرکت کنند و این فرصت برای کشوری مثل استرالیا از دست برود.
درواقع افق در حال تغییر انرژی در جهان هم یک فرصت است و هم یک تهدید. میلر میگوید استرالیا از یک سو با تهدید کاهش صادرات سوختهای فسیلیاش مواجه است و از سوی دیگر، فرصت آن را یافته که هیدروژن تولید کند و آن را جایگزین صادرات سوختهای فسیلی خود کند. این ورود به بازار هیدروژن اهمیت زیادی دارد.