نقش گاز طبیعی در آینده انرژی پاک

برای دستیابی به اهداف مقابله با تغییرات اقلیمی، اصلاحات زیادی در سیستم های انرژی جهان ضروری است. که بدون شک دامن گیر سوخت های فسیلی خواهد شد. در مورد گاز طبیعی، خطوط لوله گسترده موجود، بیانگر زیرساخت های مهم  با اهداف بلند مدت است. علاوه بر این، منابع طبیعی گاز اثبات شده، یک دارایی عمده برای کشورها بشمار میرود. بنابراین، استراتژی هایی که همراستای اهداف اقلیمی بوده و در عین حال ازهزینه های اضافی در زنجیره ارزشی گاز طبیعی اجتناب کند، جذاب میباشند.

گاز پاک یا هیدروژن تولید شده از گاز طبیعی، جایگزینی است که توجه زیادی را به خود جلب کرده است. با وجود محدودیتهای در حال رشد مرتبط با تغییرات اقلیمی، ایالات متحده در حال پیشبرد و گسترش صادرات گاز طبیعی خود است. علاوه بر این، منابع گاز قابل توجهی وجود دارند که هنوز به بازار عرضه نشده اند. شواهد این حقیقت، روشن است. زیرا در حال حاضر، تنها با توسعه پروژه های استخراج در دو منطقه پرمین و باکن در ایالات متحده، حجم قابل توجهی از گاز طبیعی در حال سوختن میباشد. سوختن، باعث هدر رفت منابع انرژی قابل مصرف می شود. این منابع هدر رفته انرژی می تواند یک منبع انرژی اولیه در زنجیره ارزش هیدروژن را فراهم کند که میتواند منافع مالی برای تولید کنندگان و مصرف کنندگان بدنبال داشته باشد.

ژاپن در حال توسعه زنجیره تامین هیدروژن از استرالیا است. این، برای کشورهایی که منابع انرژی بومی ندارند، روشی جهت دسترسی به منابع انرژی از مناطق دوردست میباشد. به ویژه، برای اقتصادهای بزرگ در حال توسعه در آسیا، که بسیاری از آنها به طور فزاینده ای وابسته به منابع انرژی وارداتی هستند، صادق است. حوضه های گاز طبیعی معمولا دارای پتانسیل ذخیره سازی گاز CO2 می باشند، بنابراین تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن در نزدیکی مراکز استخراج گازطبیعی می تواند مورد توجه قرار گیرد.

صادرات هیدروژن می تواند گزینه اطمینان بخش انرژی برای کشورهای تولید کننده نفت و گاز باشد که برای کشورهای در حال توسعه بسیار جذاب خواهد بود. به همین ترتیب، این می تواند به کاهش تنش هایی ناشی از پیامدهای اقتصادی و جغرافیایی انتقال انرژی کمک کند.

از آبی به سبز

اگر فرایند تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن همراه با جذب و ذخیره سازی CO2 باشد، میتواند از بخش عمده آلایندگی های مرتبط با سوختن گاز طبیعی اجتناب شود. در حال حاضر، در سراسر جهان فقط سه ایستگاه بنامهای Air products، Quest و ACTL Sturgeon برای تولید هیدروژن از این روش استفاده می کنند. یکی از آنها دارای سیستم ذخیره سازی مخصوصی است و از CO2 برای بازیافت نفت استفاده می کند، اما مقادیر آن اندک، در حدود یک میلیون تن در سال، است.

اما این، یک حرکت رو به رشد است. در سال ۲۰۱۸، شش مجموعه جدید جذب و ذخیره سازی کربن موسوم به  (CCS (Carbon Capture and Storage در مقیاس بزرگ به موسسه جهانی CCS اضافه شد که همگی در اروپا (چهار جموعه در انگلستان و جمهوری ایرلند و دو مجموعه در هلند) واقع هستند و به روش تولید هیدروژن با حذف کربن فعالیت دارند. پروژه H21 در شمال انگلستان یکی از این موارد است که سوخت مصرفی ۳٫۷ میلیون خانه و مجموعه تجاری در انگلستان را از گاز طبیعی به هیدروژن تبدیل خواهد کرد. مطالعه امکان سنجی، شامل مقایسه هیدروژن حاصل از الکترولیز و هیدروژن تولیدی از گاز طبیعی با روش CCS است. نتایج مطالعه نشان میدهد که روش دوم ۶۰-۷۰٪ ارزان تر از روش الکترولیز میباشد. روش کار به این ترتیب است که با روش CCS در نروژ، آمونیاک از گاز طبیعی تولید شده و سپس آمونیاک به انگلستان حمل و در آنجا به هیدروژن تبدیل شود. هزینه این تبدیل تقریبا دو برابر هزینه های تولید گاز طبیعی است. بعضی از این افزایش هزینه ها را میتوان از با افزایش بهره وری در مصرف کننده جبران کردد. این ارقام نشان دهنده قابلیت بالقوه تولید هیدروژن از سوخت های فسیلی  است که به اصطلاح “هیدروژن آبی” نامیده میشود.

پروژه های آبی باید با نوع “سبز” رقابت کنند. هیدروژن سبز، هیدروژنی هست که از طریق الکترولیزبدست میآید و انرژی مصرفی فراینذ آن از انرژیهای تجدیدپذیر تامین میشود. بهبود هزینه های تولیذ برق تجدیدپذیر، می تواند قیمتها را به طور قابل توجهی به نفع عرضه هیدروژن سبزتغییر دهد. بطوریکه هم اکنون، کاهش هزینه های برق تجدید پذیر، ارزیابیهای مربوط به هیدروژن “سبز” را تغییر داده است، زیرا هزینه برق تجدید پذیر در حد ۲ تا ۳ سنت دلار آمریکا به ازای هر کیلووات ساعت برای حیات اقتصادی این روشها مناسب است. در سطح جهانی، هزینه های انرژی های تجدید پذیر، این روش را تحت تاثیر قرار میدهد، و موافقت نامه های خرید برق (PPA) در برخی از نقاط جهان نشان می دهد که این شرایط می تواند تحت شرایط بهتری به دست آید.

یک اقتصاد جدید؟

از آنجا که معمولا هیدروژن در نزدیکی محل تولید انرژی اولیه (گاز طبیعی یا منبع برق تجدیذپذیر) تولید می شود، نحوه انتقال آن چالش بزرگی هست. در حالیکه نیروگاههای خاص با منبع اختصاصی هیدروژن، مثلا در هلند،  ممکن است به زودی وارد مدار شوند، قابلیت انتقال هیدروژن در زیرساختهای موجود سوخت گاز طبیعی می تواند فرصتی مهم برای بازار سوخت هیدروژن باشد. یک مانع برای این بخش از «اقتصاد هیدروژنی» مربوط به لزوم احیای زیرساخت های انتقال و توزیع و تغییر استانداردها و جایگزینی یا ارتقای برخی تجهیزات میباشد. خطوط لوله و تجهیزات موجود، میزان هیدروژنی که می توان حمل شود را معمولا به ۱۰ تا ۲۰ درصد محدود می کند. تجزیه و تحلیل اخیر توسط وزارت انرژی ایالات متحده نشان می دهد که خطوط انتقال را می توان با تنظیمات محدود در کمپرسور و فلنج، برای هیدروژن استفاده کرد. اما، انتقال تدریجی از یک سیستم تامین و توزیع گاز طبیعی به یک سیستم مبتنی بر هیدروژن، ممکن است مناسب نباشد. چنین تغییرات زیربنایی چالش های اقتصادی و مقرراتی را به وجود می آورد که نیاز به همکاری نزدیک بین بخش خصوصی و دولتی را خواهد داشت.

یک راه برای حل مشکل حمل و نقل، تبدیل هیدروژن به متان مصنوعی است، به خصوص در مورد هیدروژن سبز. بطور حتم، این روش برای هیدروژن تولیدی از گاز طبیعی اقتصادی نمیباشد. امروزه تنها متان مصنوعی که به سیستم های گاز تزریق می شود از بیوگاز تولید می شود. آلمان و سوئد پیشتاز این تکنولوژی هستند، اما تولید متان مصنوعی از هیدروژن در حال حاضر تنها در مقیاس آزمایشی انجام می شود. سازنده خودرو آئودی از سال ۲۰۱۳ ، با کمک انرژی تجدید پذیر، شروع به تولید متان مصنوعی از هیدروژن کرده است که برای تامین سوخت مورد نیاز حدود ۱۵۰۰ خودرو کافی میباشد اما در مورد هزینه های این طرح اطلاعاتی در دسترس عموم نیست.

بر اساس مطالعه ای در سال ۲۰۱۸، متان مصنوعی حاصل از برق تجدیدپذیر هزینه ای بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ دلار به ازای هر مگاوات ساعت خواهد داشت. با سرمایه گداری بیشتر، کاهش هزینه بیشتر را میتوان انتظار داشت، اما برای توسعه وسیع در بخش تجاری، بهبود آن باید قابل توجه باشد. امروزه، هزینه گاز طبیعی برای مصرف کنندگان بزرگ، ۳۰ تا ۳۵ دلار به ازای هر مگاوات ساعت است.

اقتصادهای درحال تغییر

تولید هیدروژن یا متان مصنوعی از منابع تجدیدپذیر از نظر فنی توجیح پذیر است، اما گزینه نسبتا پرهزینه ای خواهد بود. در مقابل، هیدروژن حاصل از گاز طبیعی، هر چند از لحاظ اقتصادی مناسب است، اما با چالش های فنی مواجه می باشد که می تواند برای استفاده در مقیاس کوچک مناسب نباشد اما کاربرد آن در مقیاس بزرگ بسیار اهمیت خواهد داشت. قابلیت ارسال و حمل و نقل هیدروژن حاصل از گاز طبیعی به  روش CCS، آنرا به گزینه مناسب برای مصارف صنعتی تبدیل میکند.تحقق چنین روشهایی، بخش زیادی از زیرساخت های موجود انرژی را قادر می سازد تا نقش مهمی در تکامل سیستم های ا نرژی جهانی بازی کنند که برای کاهش هزینه ها و پاسخگویی به تقاضای انرژی، در آینده، حیاتی میباشد. این امر، برای بسیاری از کشورهای در حال توسعه بسیار مهم است زیرا در حال گسترش زیرساخت های گاز طبیعی خود بوده و سرمایه گذاری های زیربنایی آینده را در نظر می گیرند. در دراز مدت، کاهش هزینه های الکترولیز و تداوم کاهش هزینه های برق تجدیدپذیر، اقتصادی بودن هیدروژن حاصل از منابع تجدیدپذیر را در دهه های آتی افزایش خواهد داد. که این، قابلیت یک چرخه مناسب برای شبکه های برق مبتنی بر تجدیدپذیرها ایجاد میکند. زیرا هیدروژن می تواند انعطاف پذیری مورد نیاز برای سیستم های انرژی را فراهم کند.

قطعا، هیدروژن با جذابیتی که دارد، بعنوان گزینه انرژی با ارزش، توجه ها را به خود جلب کرده است. بطوریکه شرکت خودروسازی تویوتا سرمایه گذاری قابل ملاحظه ای در این خصوص انجام داده است. با ملاحظه فواید تعادل سیستمهای انرژی و دوستدار محیط زیستی آن، میتواند برای کاربردهای هیدروژن در سیستمهای آینده انرژی بیش ازاین تقویت شود.

لینک اصلی

 

مطالب مرتبط

۱ دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.




ارسال