ابهام دانشمندان درباره سوخت آینده

ترجمه و تدوین: لیا امیدوار*:‌ هیدروژن سبز که صرفا با انرژی تجدیدپذیر تولید می‌شود، می‌تواند جایگزینی مناسب برای سوخت‌های فسیلی آلاینده در آینده باشد. اما این سوخت نوظهور که تبلیغات فراوانی برای آن انجام می‌گیرد، می‌تواند دامی جدید برای محیط زیست بگسترد. برخی دانشمندان معتقدند فقدان اطلاعات در مورد نشت و آسیب احتمالی این سوخت ممکن است نقطه کوری در این صنعت نوپا باشد. حداقل چهار مطالعه منتشرشده در سال گذشته میلادی نشان می‌دهد که نفوذ هیدروژن در جو سبب ایجاد مشکلاتی خواهد شد، به این‌ معنا که هیدروژن غلظت مولکول‌هایی که گازهای گلخانه‌ای موجود در جو را از بین می‌برند، کاهش داده و به‌طور بالقوه به گرم‌شدن زمین کمک می‌کند. دانشمندان معتقدند فناوری مناسب برای رصد میزان نشت هیدروژن وجود ندارد و به این‌ ترتیب پیش از سرمایه‌گذاری نهایی بر روی پروژه، تحقیقات بیشتری نیاز است تا تأثیر انتشار هیدروژن بر گرمایش جهانی مشخص شود. با‌این‌حال، دولت‌ها و شرکت‌های بزرگ انرژی سرمایه‌های هنگفتی را برای هیدروژن سبز در نظر گرفته‌اند. در اروپا، بحران انرژی ناشی از تهاجم روسیه به اوکراین، دولت‌ها را مجبور کرده است تا به دنبال منابع انرژی جایگزین باشند که در این میان هیدروژن سبز بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر از سایر منابع انرژی‌ است. اتحادیه اروپا در ماه سپتامبر 2022، یارانه‌ای حدود 5.2 میلیارد یورو برای پروژه‌های هیدروژن سبز تصویب کرد. در همین حال، ایالات متحده میلیاردها دلار اعتبار مالیاتی هیدروژن سبز را در قانون کاهش تورم گنجانده است.

آیا ما آماده انتقال از سوخت فسیلی به هیدروژن سبز هستیم؟

دانشگاه‌های کلمبیا و کمبریج و تعدادی مؤسسه تحقیقاتی دیگر در مورد خطر نشت هیدروژن سبز که ممکن است فواید زیست‌محیطی آن را تحت‌الشعاع قرار دهد، مطالعاتی انجام داده‌اند. آنها معتقدند داده‌های بیشتری نیاز است تا میزان نشت هیدروژن را اندازه‌گیری کنند و نیز مقرراتی نیاز است تا بر میزان نشتی احتمالی اعمال شود. زمانی که هیدروژن به صورت گسترده مورد استفاده قرار بگیرد، تخمین زده می‌شود که نرخ نشت هیدروژن تا سال 2050 به 5.6 درصد برسد. بنابراین دانشمندان معتقدند پیش از انتقال بزرگ از سوخت فسیلی به هیدروژن سبز باید از میزان نشت آگاه باشیم.

امکان نشت هیدروژن چقدر است؟

در گذشته هیچ‌گاه نیازی به کنترل نشت هیدروژن احساس نشده بود؛ چون هیدروژن نیز مانند بیشتر گازهای بی‌بو در همان جایی تولید می‌شد که مصرف می‌شد. اما اکنون که برنامه‌هایی برای لوله‌کشی و ارسال هیدروژن در فواصل بسیار طولانی طراحی شده، نیاز به برنامه‌ریزی برای کنترل میزان نشتی احساس می‌شود. صنعت سوخت‌های فسیلی امیدوار است که بتواند هیدروژن را از طریق زیرساخت‌های موجود مانند خطوط لوله گاز و پایانه‌های واردات و صادرات گاز طبیعی مایع منتقل کند. حدود یک درصد از گاز طبیعی (بیشتر متان) از طریق زیرساخت‌های اروپایی نشت می‌کند. با‌این‌حال، به گفته تحلیلگران و تصاویر ماهواره‌ای، میزان نشت در برخی کشورها از‌جمله روسیه بالاتر از این مقدار است. دانشمندان معتقدند چیز زیادی درباره هیدروژن نمی‌دانند؛ برای مثال هنوز نمی‌دانند آیا هیدروژن رفتار مشابهی مانند متان دارد یا خیر؟ نتایج اولیه آزمایشات بر روی خطوط لوله در سایت تحقیقاتی واقع در شمال انگلستان نشان می‌دهد که نشت هیدروژن در همان مکان‌ها و با همان سرعت گاز طبیعی اتفاق می‌افتد. با‌این‌حال، شرکت‌هایی که بر روی پروژه‌های هیدروژن سبز کار می‌کنند، می‌گویند که نظارت دقیق‌تری لازم است؛ چون معتقدند مولکول‌های هیدروژن بسیار کوچک‌تر و سبک‌تر از مولکول‌های موجود در گاز متان هستند و به این‌ ترتیب مهار آنها کار دشوارتری خواهد بود. با ورود به خط لوله، هیدروژن سبب تضعیف لوله‌های فلزی شده و به مرور در بدنه لوله ترک ایجاد می‌کند. به‌علاوه قابلیت انفجار هیدروژن بسیار بیشتر از گاز طبیعی‌ است که این خود می‌تواند مشکلات ایمنی شدیدتری را سبب شود. دانشمندان می‌گویند اگرچه انتظار نمی‌رود نشت بالقوه هیدروژن در مقیاسی باشد که بخواهد همه طرح‌های هیدروژن سبز را از مسیر خارج کند، اما هرگونه نشت این گاز می‌تواند مزایای زیست‌محیطی آن را تحت‌الشعاع قرار دهد.

هیدروژن سبز در برابر هیدروژن خاکستری

هیدروژن گازی‌ است بسیار قابل اشتعال که می‌تواند انرژی را ذخیره و رها کند. همچنین ساده‌ترین و فراوان‌ترین عنصر روی زمین است، اما به شکل آزاد وجود ندارد و باید از ترکیباتی که حاوی آن هستند استخراج شود؛ ترکیباتی همچون آب، زغال‌سنگ، گاز طبیعی‌ یا زیست توده. تولید هیدروژنی که مدت‌ها در پالایشگاه‌های نفت، کارخانه‌های مواد شیمیایی و صنعت کود استفاده می‌شد، به گاز طبیعی یا زغال‌سنگ متکی‌ است؛ فرایندی که مقادیر زیادی دی‌اکسید‌کربن منتشر می‌کند. این نوع هیدروژن مبتنی بر سوخت فسیلی را هیدروژن خاکستری می‌نامند. کارشناسان این صنعت تخمین می‌زنند که در حال حاضر نزدیک به 95 درصد از تولید هیدروژن به سوخت‌های فسیلی وابسته است و در نتیجه به اندازه مجموع انتشار بریتانیا و اندونزی گاز دی‌اکسید‌کربن تولید می‌کند. در مقابل هیدروژن سبز با استفاده از الکترولیز و به‌کارگیری انرژی تجدیدپذیر، آب را به دو عنصر تشکیل‌دهنده خود -اکسیژن و هیدروژن- تجزیه کرده و هیچ نوع گاز گلخانه‌ای نیز تولید نمی‌کند. این نوع هیدروژن پاک می‌تواند جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی باشد؛ خصوصا در بخش‌هایی مانند صنایع فولادسازی و حمل‌ونقل سنگین که به‌ راحتی نمی‌توان سوخت فسیلی را با برق جایگزین کرد. جذابیت اصلی استفاده از هیدروژن به‌عنوان سوخت این است که محصول جانبی آن بخار آب به همراه مقدار اندکی اکسید نیتروژن است که باعث می‌شود آلایندگی آن بسیار کمتر از سوخت‌های فسیلی باشد. امکان نشت تنها یکی از بسیار مسائلی‌ است که استفاده از هیدروژن را دچار مشکل می‌کند؛ سایر معضلات استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت عبارت‌اند از هزینه‌های بالای تولید، نگرانی‌های ایمنی، نیاز به سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر برای تولید هیدروژن و نیز تأمین زیرساخت برای ذخیره و انتقال گاز بی‌رنگ.

چگونه می‌توان خطرات ناشی از نشت هیدروژن را ارزیابی کرد؟

در دسامبر سال 2022 بروکسل برای انجام تحقیقات بیشتر بر روی خطرات ناشی از انباشت هیدروژن در مقیاس بزرگ درخواست کمک مالی کرد. این تحقیق تلاش کرد تا نشان دهد چگونه جایگزین‌کردن سوخت فسیلی با هیدروژن می‌تواند گرمایش جهانی را کاهش دهد. همچنین چگونه می‌تواند در صورت نشت به افزایش گرمایش جهانی کمک کند. در همین حال صندوق دفاع از محیط زیست از دولت‌ها و مراکز تحقیقاتی خواسته است ابتدا داده‌های مربوط به میزان نشت هیدروژن را جمع‌آوری کرده و سپس شناسایی کنند که در چه مناطقی میزان نشت بیشتر است و اینکه چگونه می‌توان آن را پیش از ساخت زیرساخت‌های مورد نیاز کاهش داد.

پروژه‌های استفاده از هیدروژن در سطح جهانی در حال افزایش است

داده‌های آژانس بین‌المللی انرژی نشان می‌دهد تقریبا 300 پروژه هیدروژن در سرتاسر جهان در دست انجام است، اما اکثریت قریب به اتفاق آنها نیروگاه‌های کوچک نمایشی (آزمایشگاهی) هستند. بزرگ‌ترین این پروژه‌ها در چین است که در حال تولید هیدروژن به کمک انرژی خورشید است تا برای تولید مواد پتروشیمی مانند پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن استفاده شود. محققان پیش‌بینی می‌کنند هیدروژن سبز باید تا سال 2050 حدود 12 درصد از تقاضای انرژی جهان را تأمین کند تا به اهداف معاهده تغییرات اقلیمی پاریس دست پیدا کند، اما بر اساس سرعت فعلی توسعه، جهان تنها در مسیر رسیدن به چهار درصد از این اهداف است. برای جایگزینی هیدروژن خاکستری که اکنون در پالایشگاه‌ها، کودها و کارخانه‌های شیمیایی استفاده می‌شود، تقریبا دو برابر برق تولیدشده توسط هر توربین بادی و پنل خورشیدی در سراسر جهان مورد نیاز است که این مقدار بدون در‌نظر‌گرفتن کاربرد هیدروژن برای صنایع فولادسازی، حمل‌ونقل و یا گرمایش است. درحالی‌که اتحادیه اروپا در حال بررسی دستورالعمل‌هایی‌ است تا از هیدروژن سبز برای حمل‌ونقل استفاده کند، کشورهایی همچون کره‌جنوبی، ژاپن و چین در تلاش برای ساخت خودروهایی با سوخت هیدروژنی هستند. آنچه مسلم است این‌ است که جهان خیلی زودتر از تصورات ما در حال حرکت به سمت انرژی‌های پاک است.

EuroNews, 29Dec. 2022

* روزنامه‌نگار و سردبیر مجله کشاورزی و توسعه پایدار