يتم الترويج لوقود الهيدروجين على نطاق واسع كوقود صديق للبيئة لكل شيء من السيارات والطائرات إلى تدفئة المنازل.
في روايته The Mysterious Island عام 1875، تخيل Jules Verne العنصر الذي يحل محل الفحم كوقود، مفصولًا عن الماء “لتوفير مصدر لا ينضب للحرارة والضوء”.
حدث جدل مماثل في أزمة النفط في السبعينيات، عندما تم الترويج للهيدروجين كوقود بديل للسيارات.
وفي عام 2003، استحوذ رئيس الولايات المتحدة جورج دبليو بوش، على الحماس الجديد لمركبات الهيدروجين خلال الموجة الأولى من القلق الحقيقي بشأن تغير المناخ.
وقال: “يمكننا إحداث تغيير جوهري في مستقبل أطفالنا”.
من الولايات المتحدة إلى أستراليا، ومن الاتحاد الأوروبي إلى الصين، شهد العام الماضي سيلًا يوميًا تقريبًا من تعهدات التمويل الحكومي بمليارات الدولارات
واختبارات التقنيات الجديدة من القطارات والطائرات إلى الغلايات المحلية، وبيانات الصناعة والتحليلات، وتأييد من قبل قادة مثل رئيس الوزراء البريطاني بوريس جونسون.
يقول سايمون بينيت من وكالة الطاقة الدولية: “نجد صعوبة في مواكبة الأمر”.
يقول مارتن تينجلر من شركة بلومبرج نيو إنيرجي فاينانس للمحللين: “فكرة اقتصاد الهيدروجين ليست جديدة”.
“نحن الآن في موجة جدل أخرى، والسؤال هو: هل هي مختلفة أم لا؟ “
Tengler هو واحد من الكثيرين الذين يعتقدون ذلك.
وفي الوقت نفسه، هناك سؤال آخر معلق أكثر من الهيدروجين في الهواء:
هل هو حقًا وقود نظيف وأخضر للمساعدة في مكافحة تغير المناخ؟
أم أن الضغط الكبير على مصالح الوقود الأحفوري لاقتصاد الهيدروجين يشير إلى أولويات أخرى؟
الهيدروجين هو أخف عنصر في الكون والأكثر وفرة، وعلى الورق، لديها الكثير لتقدمه كوقود.
على الرغم من أنه نادرًا ما يوجد بمفرده على الأرض، إلا أنه يمكن إنتاجه باستخدام الكهرباء النظيفة لتقسيم المياه التي لا تنضب بشكل أساسي، مما ينتج الأكسجين فقط كمنتج ثانوي.
بمجرد تصنيعه، يعمل الهيدروجين كناقل للطاقة الكيميائية، مثل النفط أو الغاز، والذي يمكن نقله بالأنابيب أو نقله إلى حيث هو مطلوب.
إنه يخزن ثلاثة أضعاف الطاقة لكل وحدة كتلة مثل البنزين التقليدي، وعندما “يحترق” في الهواء – مطلقًا تلك الطاقة المخزنة – فإنه يتحد ببساطة مع الأكسجين لإنتاج الماء مرة أخرى.
وبهذا المعنى، فهو الوقود الأخضر النهائي.
ربما انتهت أشهر محاولة لاستخدام الهيدروجين لتغيير العالم بالزوال الناري للمنطاد الألماني هيندنبورغ في نيوجيرسي في عام 1937
عندما اشتعلت النيران في غاز الهيدروجين الذي كان يعطيها القدرة على الطفو.
تقدمت تقنية التخزين الآمن للهيدروجين على قدم وساق، منذ ذلك الحين.
في العقود الأخيرة، ركزت فكرة إنشاء “اقتصاد الهيدروجين” على تطوير الهيدروجين السائل كوقود أخضر بديل، وخاصة للسيارات.
الشيء الوحيد المختلف الآن هو كيف يتم الترويج للهيدروجين كوسيلة لإزالة الكربون من القطاعات التي يصعب تشغيلها مباشرةً بالكهرباء النظيفة.
وتتراوح هذه من النقل البري والطيران والشحن لمسافات طويلة إلى العمليات الصناعية كثيفة الكربون بشكل طبيعي مثل إنتاج الصلب والبتروكيماويات.
أوضح العامان الماضيان من التعهدات المناخية من قبل الشركات والحكومات، من المملكة المتحدة إلى الصين،
أنه حتى هذه الصناعات سيتعين عليها التحول إذا أردنا تحقيق الهدف الشامل المتمثل في صافي انبعاثات الكربون الصفرية بحلول منتصف القرن.
والهيدروجين له دور كبير في هذا الهدف:
يقول مركز الأبحاث المشترك التابع للمفوضية الأوروبية أن ما بين 10 و 23 في المائة من الاستهلاك النهائي للطاقة في الاتحاد الأوروبي
يمكن تغطيته بالهيدروجين في عام 2050؛ شركة شل للطاقة تضع الرقم 10 في المائة على مستوى العالم بحلول عام 2100
وفي الوقت نفسه، فإن الانخفاض السريع في تكاليف الطاقة من مزارع الرياح والطاقة الشمسية جعل الإنتاج النظيف على نطاق واسع للهيدروجين باستخدام الكهرباء النظيفة أمرًا معقولاً.
المشكلة هي أن الجزء الأكبر من الهيدروجين لا يُصنع بهذه الطريقة حاليًا.
تنتج البشرية بالفعل حوالي 70 مليون طن من الهيدروجين كل عام، لاستخدامها بشكل أساسي في تصنيع سماد الأمونيا والمواد الكيميائية مثل الميثانول، ولإزالة الشوائب أثناء تكرير النفط.
حوالي 96 في المائة من هذا الهيدروجين مصنوع مباشرة من الوقود الأحفوري – معظمه من الغاز الطبيعي، يليه الفحم ثم النفط.
يستخدم هذا بأغلبية ساحقة عملية تعرف باسم إعادة التكوين بالبخار التي تطلق ثاني أكسيد الكربون.
يتم صنع 4 في المائة فقط من الهيدروجين بالطريقة التي تصورها جول فيرن، باستخدام التحليل الكهربائي لفصله عن الماء.
الكثير من الكهرباء اللازمة لتزويد حتى تلك الحصة الضئيلة من سوق الهيدروجين لا تأتي من مصادر خضراء،
ولكن من محطات توليد الطاقة بالوقود الأحفوري.
بعيدًا عن كونه صديقًا للبيئة، فإن الهيدروجين المنتج عالميًا اليوم له بصمة كربونية على قدم المساواة مع المملكة المتحدة وإندونيسيا مجتمعين
كما يقول تينجلر – حوالي 830 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا.
يسمى الهيدروجين “الرمادي” بذلك لأنه مصنوع من الوقود الأحفوري باستخدام إعادة التشكيل بالبخار، ويكلف حوالي 1 دولار للكيلوغرام.
عادةً ما يقوم الهيدروجين “الأزرق” “بدفن” الانبعاثات المرتبطة بإنتاجه باستخدام تقنية احتجاز الكربون وتخزينه (CCS) – وهو نهج موجود
وإن كان على نطاق تجريبي فقط حتى الآن – مقابل حوالي دولارين للكيلوغرام على الأقل.
أخيرًا، هناك الهيدروجين “الأخضر”، الذي تنتجه المحلل الكهربائي الذي يعمل بالكهرباء المتجددة، ويكلف ما يزيد عن 4 دولارات للكيلوغرام.
عندما يتعلق الأمر بإزالة الكربون، “لا فائدة من الهيدروجين الرمادي”، كما يقول روب جيبسون من National Grid ESO
يقول Evangelos Gazis من Aurora Energy Research في أكسفورد بالمملكة المتحدة
إن التحرك نحو إنتاج الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع سيكون مكلفًا جدا.
مقالات شبيهة:
تغير المناخ والأمل في وقود الهيدروجين
في ظل جائحة كورونا…مساعي لتوفير “بيروكسيد الهيدروجين” صديق للبيئة في المستشفيات
“إذا أردنا الوصول إلى الحجم، فمن المحتمل أن يكون [الأزرق] أمرًا لا مفر منه”، كما يقول غازيس.
يرى آخرون، مثل رالف ديكل في معهد أكسفورد لدراسات الطاقة، أن الهيدروجين الأزرق ضروري على المدى القصير
لأن استخدام الكهرباء المتجددة لتحل محل محطات توليد الطاقة بالفحم والغاز يحقق قيودًا أعمق لثاني أكسيد الكربون أكثر من استخدامه لصنع الأخضر.
توجد أربعة من أكبر مخططات الهيدروجين الأزرق الحالية في أمريكا الشمالية، وتمول حكومة المملكة المتحدة ثلاثة مشاريع تجريبية.
يجادل بعض المناصرين بأن مثل هذه المخططات ستكون عاملاً مساعدًا للهيدروجين الأخضر
مما يساعد على بناء البنية التحتية لمعالجة المسألة الصعبة المتمثلة في إيصال الهيدروجين إلى حيث نحتاج إليه
نظرًا لأنه لا يزال يتضمن استخراج الغاز والنفط والفحم، فقد وصفته منظمة أصدقاء الأرض في أوروبا
بأنه “الهيدروجين الأحفوري”، وهو شريان الحياة لشركات الوقود الأحفوري التي تكافح.
بالتأكيد، فإن رعاة مجموعة مثل المجموعة البرلمانية لجميع الأحزاب في المملكة المتحدة بشأن الهيدروجين هم من أصحاب المصالح في الوقود الأحفوري
بما في ذلك شل وشركة تكرير البترول Equinor وشركة شبكة الغاز Cadent وشركة Baxi لصناعة غلايات الغاز.
لكن Tengler لا يؤيد الحجة القائلة بأن مثل هذا الدعم هو غطاء للعمل كالمعتاد.
يقول: “لمجرد أنها شركات تعمل بالوقود الأحفوري، لا ينبغي استبعادها من المستقبل”.
ومع ذلك، هناك مشكلة لا يمكن إنكارها وهي أن الهيدروجين الأزرق لا يلتقط كل ثاني أكسيد الكربون المنطلق أثناء صنع الغاز.
تزيل المرحلة الأولى من CCS ما بين 50 و 70 في المائة.
إن إضافة خطوة ثانية باهظة الثمن تصل إلى 85 إلى 90 في المائة، مع بعض المشاريع الرائدة التي تهدف إلى المزيد.
يجب أن يلتقط مخطط الهيدروجين الأزرق H2H Saltend التابع لشركة Equinor بالقرب من Hull، المملكة المتحدة
95 في المائة من ثاني أكسيد الكربون باستخدام بديل لإعادة تشكيل البخار يُعرف باسم إعادة التشكيل الحراري الذاتي.
ومع ذلك، بالنسبة لمعظم مخططات الهيدروجين الأزرق، لا يتم التقاط 10 في المائة على الأقل من الانبعاثات.
يحسب تينجلر أن موازنة مثل هذه الانبعاثات الكربونية بإعادة التحريج تتطلب مساحة بين حجم إنجلترا ومساحة إسبانيا، والتي تبلغ حوالي أربعة أضعاف حجمها.
يعتمد حجم التعويض على الوقود الأحفوري الذي يتم استخلاص الهيدروجين منه وكميته بحلول عام 2050.
لا يزال يعتقد أن الأمر يستحق ذلك، على أساس أن استخدام الهيدروجين الأزرق لا يزال يتسبب في انبعاثات أقل من حرق الفحم أو النفط أو الغاز.
ويقول تينجلر: “أود أن أقول أنه لا يزال يتعين علينا ذلك.”
ويضيف: “إذا كان هناك خيار اللون الأزرق أو لا شيء، فافعل ذلك باللون الأزرق”.
لا يوافق جان روزنو من مشروع المساعدة التنظيمية ، وهي منظمة غير ربحية تعمل على تسريع التحول إلى الطاقة النظيفة.
وشبه الهيدروجين الأزرق بمحاولات صناعة الفحم قبل 15 عامًا للترويج لمصانع “الفحم النظيف” المزودة بتخزين الكربون وتخزينه.
لم يحدث ذلك أبدًا، لأن التكلفة المنخفضة للبدائل بما في ذلك مصادر الطاقة المتجددة جعلتها غير اقتصادية.
“قد تحتاج موازنة انبعاثات الكربون من الهيدروجين إلى غابة بحجم إسبانيا”
الاتحاد الأوروبي، على سبيل المثال، لديه أقل من 1 جيجاوات من قدرة المحلل الكهربائي الآن
ولكن في يوليو 2020، وضع أهدافًا طموحة تبلغ 6 جيجاوات بحلول عام 2024 و 40 جيجاوات بحلول عام 2030.
وتعمل ألمانيا مع المغرب لبناء مشروع باستخدام الطاقة الشمسية.
دخلت مجموعة مذهلة من الشركات الكبرى أو تخطط للدخول في معركة الهيدروجين الخضراء
بما في ذلك عمالقة النفط ريبسول وشل وأكبر شركة لبناء مزارع الرياح البحرية في العالم، أورستيد.
تقوم شركة الكهرباء الإسبانية Iberdrola ببناء محطة للطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين الأخضر في عام 2021، في البداية للاستخدامات التقليدية مثل صناعة الأسمدة.
يقول Samuel Perez من Iberdrola: “عندما نطور ما يكفي من التكنولوجيا والنطاق
يمكننا الذهاب إلى قطاعات أخرى مثل الشاحنات التي يصعب تخفيفها، وربما الطائرات”.
تحسب شركة Rystad Energy، ومقرها النرويج، 60 جيجاواط من مشاريع الهيدروجين الخضراء المخطط لها على مستوى العالم
لكنها تتوقع ظهور نصفها فقط بحلول عام 2035 بسبب ارتفاع التكاليف.
يتطلب إنتاج كيلوغرام واحد من الهيدروجين حوالي 50 إلى 55 كيلوواط / ساعة من الكهرباء، و 9 إلى 10 لترات من الماء.
ما يصل إلى 86 في المائة من تكاليف الهيدروجين الأخضر مخصصة للكهرباء لتشغيل المحلل الكهربائي.
لكن تكاليف طاقة الرياح والطاقة الشمسية انخفضت بسرعة في العقد الماضي، ومن المتوقع أن تنخفض أكثر.
يقول Graham Cooley من شركة ITM Power في المملكة المتحدة إن المحلل الكهربائي 10 ميغاوات يكلف نصف ما كان عليه قبل ثلاث سنوات
وسينخفض السعر أكثر، خاصة بسبب التطورات في الصين، التي أصبحت الآن شركة تصنيع رئيسية لهذه الأجهزة.
يقول Duncan Clark في Ørsted، والذي هو في المرحلة الثانية من مشروع Gigastack الذي يستخدم مزرعة رياح قبالة ساحل يوركشاير في المملكة المتحدة
لتزويد مصفاة نفط قريبة بالهيدروجين الأخضر، إن التكنولوجيا في “لحظة خاصة”.
شبيهة بما كانت عليه طاقة الرياح قبل عقد من الزمان قبل أن تنخفض التكاليف بشكل كبير وانتشرت المنشآت.
ويضيف: “القليل من الأشياء فقط كبيرة ومثيرة للاهتمام بما يكفي لمنافسة الرياح البحرية، والهيدروجين الأخضر هو أحد هذه الأشياء”.
ومع ذلك، من المحتمل أن تكون هناك حاجة إلى تدخلات حكومية، مثل الإعانات لجعل الهيدروجين الأخضر أرخص، وضرائب الكربون لجعل الرمادي أكثر تكلفة.
“السوق في السنوات العشر المقبلة من المرجح أن تكون مدفوعة بالسياسات”.
ويقول بينيت: سيكون هناك اعتماد قوي على التمويل العام للمشاريع.
سيحتاج الهيدروجين الأخضر إلى المليارات، إما من خلال الضرائب أو فواتير الطاقة:
تقدر بلومبيرج نيو إنيرجي فاينانس أنه سيتطلب 150 مليار دولار على مدى العقد المقبل على مستوى العالم لخفض التكلفة إلى مستوى تنافسي.
يقول بينيت: “يجب على شخص ما أن يدفع الفاتورة”.
ومع ذلك، فإن بينيت متفائل بأن الجولة الحالية من الجدل حول الهيدروجين مختلفة.
ويرجع ذلك جزئيًا إلى شبه الإجماع من مختلف الصناعات على إمكاناتها وجزئيًا لأنه، بالنسبة للعديد من القطاعات التي يصعب تخفيفها، لدينا بدائل قليلة على الطاولة.
يقول بينيت: “إذا لم يكن لدينا هيدروجين (نظيف) متاح بحلول عام 2030 أو 2040، فإننا نعتقد أن الموقف سيكون صعبا لبعض هذه القطاعات”.
ويقول: “هناك بالتأكيد مخاطر من كونك متفائلًا بشكل مفرط بشأن اقتصاد الهيدروجين في المستقبل”.
“لكنني أعتقد أنه وقت سيء أن تكون متشككًا خارجًا عن المألوف لأنه من الواضح أن هناك زخمًا وتمويلًا يذهب إلى المشاريع على المدى القصير بغض النظر.”
لم يعد السؤال اليوم هو ما إذا كان الهيدروجين سيساعدنا في مكافحة تغير المناخ، ولكن مسألة ما إذا كان سينتهي به الأمر إلى بزوغه كنجم، أم سيبقى مجرد لاعب صغير.