التوسع في مشروعات الهيدروجين الأخضر للوصول إلى صفر كربون
موقع للعلم
2022-03-07 06:19
بقلم محمد السعيد
في عام 2021، أطلقت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) تحذيرات بشأن الحاجة المُلحَّة إلى الانتقال من الاعتماد على استخدام الوقود الأحفوري الملوِّث للهواء مصدرًا للطاقة إلى مصادر طاقة أخرى خالية من الانبعاثات الملوثة للهواء، لدرء آثار أسوأ أزمة مناخية قد يشهدها العالم في عصر ما بعد الصناعة.
ومن الحلول المطروحة لتحقيق هذا الهدف، كان الهيدروجين الأخضر أحد الحلول المحتملة الاستخدام في القطاعات الأكثر استهلاكًا للطاقة، مثل قطاعات الطيران والشحن البحري والصناعات الثقيلة، وحتى في تدفئة المنازل.
والهيدروجين هو أخف العناصر وأكثرها وفرةً في الكون، بالإضافة إلى كونه مصدرًا لطاقة نظيفة يمكن أن تكون بديلًا للوقود الأحفوري الذي يعتمد عليه العالم في توفير قرابة 80% من إمدادات الطاقة في العالم، ويُعد المصدر الرئيسي لانبعاثات غازات الدفيئة المسبِّبة للاحتباس الحراري.
ورغم ندرة وجود الهيدروجين منفردًا على الأرض، إلا أنه يمكن إنتاجه باستخدام الطاقة النظيفة لتقسيم جزيئات الماء، ويعتقد مؤيدو استخدام الهيدروجين في الطاقة أنه يمكن أن يساعد في تحقيق الأهداف المناخية التى تهدف إلى تصفير الانبعاثات؛ لأن الهيدروجين ينبعث منه الماء فقط عند الاحتراق، ويمكن إنتاجه دون إطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون.
صفر كربون
تشير دراسة نُشرت في مجلة "إنفيرومنتال ساينس آند إنيرجي" Energy)&(Environmental Science نهاية يناير الماضي إلى إمكانيات الهيدروجين كمصدر للطاقة النظيفة وكبديل للوقود الأحفوري، عن طريق تطبيق تكنولوجيا التحليل الكهربائي للمياه التي تستخرج الهيدروجين من الماء لإنتاج الطاقة الخضراء وتجنُّب انبعاث الغازات المسببة للاحتباس الحراري.
يقول يونج موو لي-أستاذ هندسة الطاقة في جامعة "هانيانج" الكورية، والمؤلف الرئيسي في الدراسة- في تصريحات لـ"للعلم": نعتقد أن إنتاج الهيدروجين الأخضر هو مفتاح الاقتصاد المحايد للكربون، إن إنتاج الهيدروجين من الماء أمرٌ رائعٌ يجب عمله.
يضيف "موو لي": يبلغ الإنتاج العالمي من الهيدروجين حوالي70 مليون طن كل عام، وتُستخدم هذه الكمية بشكل أساسي في صناعة سماد الأمونيا والمواد الكيميائية مثل الميثانول، ولإزالة الشوائب في أثناء تكرير النفط، كما يعمل الهيدروجين كناقل للطاقة الكيميائية، مثل النفط أو الغاز، ويخزن ثلاثة أضعاف الطاقة لكل وحدة كتلة مثل البنزين التقليدي، وعندما يحترق في الهواء يتحد مع الأكسجين لإنتاج الماء مرةً أخرى.
وقد شجعت الوكالة الدولية للطاقة، في تقرير أصدرته عام 2019، البلدان على الاستثمار في الهيدروجين بوصفه أحد الحلول المرنة متعددة الاستخدامات، بحيث يمكن استخدامه كوقود نظيف يوازن بين مصادر الطاقة المتجددة الأخرى في توليد الكهرباء وتوفير الطاقة منخفضة الكربون لمسافات طويلة جدًّا، وتخزين الكهرباء لمواجهة الاختلالات الأسبوعية أو الشهرية في العرض والطلب.
من جهته، يوضح جواد الخراز -المدير التنفيذي للمركز الإقليمي للطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة، وهو مركز إقليمي مستقل غير هادف إلى الربح- أن مزيج الهيدروجين والغاز الطبيعي يمكن أن يُسهم في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة إذا جرى إنتاج الهيدروجين من مصدر منخفض الكربون أو خالٍ منه، مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو الكتلة الحيوية.
يقول "الخراز" في تصريحات لـ"للعلم": من الصعب تحديد أرقام دقيقة حول كمية الهيدروجين الأخضر الكفيلة بتحقيق أهداف اتفاقية باريس للمناخ، خصوصًا وأن الطلب الحالي على الهيدروجين في السوق الدولية يلبَّى في الغالب عبر الهيدروجين المنتج باستخدام الطاقة الأحفورية، ويجب أن يتعامل الهيدروجين المصنوع في محلل كهربي -لاستخدامه في توليد الطاقة- مع العديد من القضايا الرئيسية مثل السلامة والتخزين، كما اقترح خبراء الطاقة مزج الهيدروجين في شبكة خطوط أنابيب الغاز الطبيعي كوسيلة مجدية لتزويد الأسواق بالهيدروجين.
ويتابع: لكن يمكن القول إن التحول نحو اقتصاد الهيدروجين الأخضر كفيل بالإسهام بشكل كبير في الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة في مختلِف القطاعات مثل الصناعة والنقل، وبالتالي في مجهودات مكافحة تغيُّر المناخ على المستوى الدولي.
ويمكن استخلاص الهيدروجين من الوقود الأحفوري وتكوينات الكتل الحيوية مثل مخلفات النباتات الزراعية، أو من تحليل عنصري الماء (الهيدروجين والأكسجين)، أو من مزيجٍ منهما، ويُعتبر الغاز الطبيعي حاليًّا المصدر الأساسي لإنتاج الهيدروجين حول العالم.
أي هيدروجين نستخدم؟
وكما هو الحال في مصادر الطاقة المختلفة، فإن الهيدروجين أيضًا ينقسم إلى أنواع أو "ألوان" مختلفة، فهناك الهيدروجين الرمادي الذي ينتج فيه الهيدروجين عن طريق إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار، وهذه هي الطريقة الحالية المستخدمة لإنتاج الهيدروجين في القطاع الصناعي بالولايات المتحدة، وفق راشيل فخري، محللة سياسات الطاقة والمناخ في "مجلس الدفاع عن الموارد الطبيعية".
تشير "فخري" في تصريحات لـ"للعلم" -عبر المكتب الإعلامي للمجلس- إلى أنه "في حالة الهيدروجين الأزرق، ينتج الهيدروجين عن طريق إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار، ولكن يتم التقاط جزء من انبعاثات الكربون بحيث يتم عزله أو استخدامه مرةً أخرى، وهناك أيضًا الهيدروجين الوردي الذي ينتج في حالة الحصول على الكهرباء المستخدمة في تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين داخل محطة نووية".
أما الهيدروجين الأخضر، فينتج عند استخدام الكهرباء المولدة من الطاقات المتجددة (مثل الرياح، والطاقة الشمسية، والطاقة الهيدرومائية) لتقسيم الماء إلى مكوناته، الهيدروجين والأكسجين، وفي هذه الحالة تكون عملية إنتاج الهيدروجين خاليةً من الكربون وأي ملوثات للهواء، وفق "فخري".
ويجري إنتاج الهيدروجين الأخضر عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام آلاتٍ تعمل على تحليل الماء إلى عنصرَي الهيدروجين والأكسجين دون أي نواتج ثانوية، وتم التغلُّب على كميات الطاقة الكهربية الكبيرة التي كانت تُستهلك خلال تلك العملية عن طريق تَوافُر فائض من الكهرباء المتجددة بكميات كبيرة في شبكات توزيع الكهرباء وما تشهده آلات التحليل الكهربي من زيادةٍ في كفاءتها.
ويمكن للهيدروجين الأخضر تلبية ربع (25%) احتياجات العالم من الطاقة بحلول عام 2050 بحجم مبيعات سنوية تبلغ 770 مليار دولار، ويتوقع مجلس الطاقة العالمي أنه بحلول عام 2025 يمكن أن تغطي إستراتيجيات الهيدروجين الوطنية البلدان التي تمثل أكثر من 80٪ من الناتج المحلي الإجمالي العالمي منه.
ومؤخرًا، زاد إقبال العديد من الدول على تعزيز قدراتها على إنتاج الهيدروجين، بما في ذلك كندا وفرنسا واليابان وأستراليا والنرويج وألمانيا والبرتغال وإسبانيا وتشيلي والصين وفنلندا، وفي السنوات الأخيرة، أطلق عدد من البلدان والتكتلات إستراتيجيات للاستثمار في الهيدروجين، أبرزها خطة الاتحاد الأوروبي للهيدروجين الأخضر في يوليو 2020.
الطلب العالمي
ويعتبر الهيدروجين الأخضر مادة لتخزين الطاقة الكيميائية متوافقة بيئيًّا، وبالتالي فهو عنصر مهم في إزالة الكربون، وفق دراسة نشرتها دورية (ACS Catalysis) في يوليو الماضي.
تقول "فخري": مع الاتجاه العالمي نحو استخدامه، يمكن أن يحل الهيدروجين الأخضر محل الفحم والغاز كمواد وسيطة في صناعة الصلب، بالإضافة إلى استخدامه في نقل البضائع لمسافات طويلة، إذ بمقدور شاحنات خلايا الوقود الهيدروجينية أن تحل محل الشاحنات التي تعمل بالديزل.
وتضيف: للهيدروجين الأخضر أيضًا قدرة على توفير تخزين طويل الأمد للطاقة، ما يعني إمكانية الوصول إلى شبكة كهربائية متجددة بنسبة 100٪ من خلال العمل كشكل من أشكال التخزين الموسمي؛ لدعم الشبكة في أثناء التغيرات الموسمية في طاقة الرياح والطاقة الشمسية، وتعزيز موثوقيتها ومرونتها.
وتشير دراسة نشرتها دورية (Applied Catalysis B: Environmental) في شهر أكتوبر الماضي إلى أن فريقًا بحثيًّا مشتركًا في "معهد جورجيا التقني" و"معهد جورجيا لأبحاث التكنولوجيا" (GTRI) طور عمليةً جديدةً لتقسيم المياه والمواد التي تزيد من كفاءة إنتاج الهيدروجين الأخضر، مما يجعلها خيارًا ميسور التكلفة ويُتاح الوصول إليه للشركاء الصناعيين الذين يرغبون في التحول إلى الهيدروجين الأخضر لتخزين الطاقة المتجددة بدلًا من إنتاج الهيدروجين التقليدي الذي ينبعث منه الكربون من الغاز الطبيعي.
ويكلف إنتاج كيلوجرام واحد من الهيدروجين الرمادي حوالي دولار أمريكي واحد، بينما تبلغ تكلفة إنتاج كيلوجرام واحد من الهيدروجين الأزرق حوالي دولارَين أمريكيين على الأقل، أما تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر، فيكلف ما يزيد على 4 دولارات للكيلوجرام الواحد، وفق الوكالة الدولية للطاقة.
العرب في سباق الهيدروجين
لم تكن البلدان العربية بمنأى عن الاستثمار في طاقة الهيدروجين، فقد أعلن مجلس الوزراء المصري يوم الإثنين 7 فبراير الماضي أن منطقة قناة السويس الاقتصادية تلقت عددًا من العروض العالمية لإقامة مشروعات الهيدروجين الأخضر، وشملت قائمة العروض شركات دنماركية ونرويجية وألمانية متخصصة في إنتاج الطاقة النظيفة، وشركات أخرى.
وفي تصريحات صحفية نُشرت بتاريخ 29 ديسمبر 2021، قال وزير الكهرباء المصري، محمد شاكر: إن مصر تستعد لدخول عصر إنتاج الهيدروجين الأخضر من المياه قبيل انعقاد مؤتمر الأمم المتحدة للتغير المناخي COP27 الذي تستضيفه مدينة شرم الشيخ المصرية، في شهر نوفمبر القادم، ووفق الوزير فإن إستراتيجية الطاقة 2035 مخطط لها أن تصل نسبة الطاقة المتجددة فيها إلى 42% من إجمالي الطاقة المستخدمة في مصر.
وأوضح أن الكهرباء تمثل 50% من تكلفة إنتاج الهيدروجين، وأن التوسع في محطات إنتاجه يؤدي إلى خفض تكلفة الإنتاج، ومن ثم وقعت الوزارة عقودًا مع شركات عالمية لدراسة تنفيذ إنتاج الهيدروجين الأخضر وتخزينه، منها مذكرة تفاهم مع شركة سيمنز الألمانية لتنفيذ مشروعات تجريبية لإنتاج من 100 إلى 200 ميجا وات، عن طريق تقنيات المحلل الكهربائي للمياه.
وفي تصريح لـ"للعلم" قال المتحدث الرسمي باسم وزارة الكهرباء والطاقة المتجددة، أيمن حمزة: إنه لم تُتخذ خطوات تنفيذية في هذا الإطار حتى الآن، وإنما هناك اتفاقات ومشاورات مع الشركات الدولية والقطاع الخاص، وأضاف أن مصر لا تزال في مرحلة الدراسة والإعداد لخطة الاستثمار في الهيدروجين الأخضر.
وتشير التقارير الإعلامية إلى أن مصر تخطط لإنتاج الهيدروجين الأخضر من النفايات، في محطة ضخمة بشرق بورسعيد، وتصل تكلفة المحطة إلى 3 مليارات دولار أمريكي، ويتوقع أن تنتج 300 ألف طن سنويًّا، وتعالج المحطة ما يقارب 4 ملايين طن سنويًّا من النفايات العضوية والمواد البلاستيكية غير القابلة لإعادة التدوير.
ومصر ليست الدولة العربية الوحيدة التي تتجه إلى استخدام الهيدروجين في الطاقة، إذ بلغ إجمالي مشروعات الهيدروجين في المنطقة العربية 28 مشروعًا، بلغت حصة مصر منها 8 مشاريع لإنتاج الهيدروجين الأخضر والأزرق، وأحد هذه المشروعات هو مشروع تنفذه هيئة كهرباء ومياه دبي في الإمارات العربية المتحدة.
كما تحتل مشروعات الهيدروجين الأزرق والأخضر مركزًا مهمًّا في استثمارات مدينة "نيوم" في المملكة العربية السعودية، إذ تسعى المملكة إلى الهيمنة على قطاع الهيدروجين الأخضر، تخطط السعودية لأن تستوعب المدينة أكثر من مليون شخص، وأن تعتمد بشكل رئيسي على التكنولوجيا، كاستخدام سيارات الأجرة الطائرة، والروبوتات كعمالة، كما ستعتمد المدينة على الهيدروجين الأخضر وليس النفط، مصدرًا للطاقة.
كما أعلنت شركة "إير برودكتس آند كيميكالز" الأمريكية مؤخرًا أنها تعمل على إنشاء أكبر مشروع لإنتاج الهيدروجين في العالم في السعودية، في غضون أربع سنوات، كجزء من مشروع نيوم، ومن المخطط له أن تعمل المحطة بطاقة 4 جيجاوات من مشاريع الرياح والطاقة الشمسية التي تمتد عبر الصحراء.
وتعمل شركة "أرامكو" السعودية منذ سنوات على استكشاف الطرق المحتملة لإنتاج الهيدروجين الأزرق -عالي النقاء- من المواد الهيدروكربونية، مع استخدام وسيط كيميائي لتحويل الديزل إلى هيدروجين، وتشير الشركة في بيان لها إلى أنها "تستطيع حاليًّا أن تحول نسبة تتراوح من 80% إلى 85% تقريبًا من طاقة المواد الهيدروكربونية إلى وقود هيدروجين".
أما الإمارات العربية المتحدة، فأطلقت أول مشروع تجريبي للهيدروجين الأخضر في مجمع محمد بن راشد للطاقة الشمسية، وهو مشروع مخطط له أن يولِّد 20.5 كيلوجرامًا من الهيدروجين الأخضر في الساعة، كما تنفذ الإمارات مشروعًا للهيدروجين الأخضر في مدينة "الرويس" التابعة لإمارة أبو ظبي، والمرتقب تشغيله سنة 2025.
تغيُّر الجغرافيا السياسية
ويرى سمير طنطاوي -مدير مشروع التغيرات المناخية ببرنامج الأمم المتحدة الإنمائي- أن استخدام الهيدروجين الأخضر سيغير الجغرافيا السياسية للطاقة في المنطقة، بحيث تصبح مصر مركزًا إقليميًّا للطاقة، خاصةً مع مشروعات الطاقة المتجددة الأخرى التي تنفذها القاهرة، ويقول في تصريح لـ"للعلم": "إن الإجراءات التي اتُّخذت لدفع إنتاج الهيدروجين الأخضر هي جزء من رؤية أوسع لوضع مصر كمركز للطاقة في المنطقة".
ويشاركه الرأي "الخراز"، الذي يوضح أن من شأن الجهود الحالية -وخاصةً الجهود التي تنصبُّ في تشجيع اقتصاد الهيدروجين الأخضر- أن تجعل من مصر مركزًا إقليميًّا للطاقة المتجددة والهيدروجين الأخضر، وحلقة وصل بين المنطقة العربية وأفريقيا من جهة، وأوروبا من جهة أخرى، موضحًا أن مصر تحتضن أكبر الاستثمارات الطاقية في المنطقة، وتحتضن مراكز إقليمية ذات إشعاع إقليمي ودولي في مجالات الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة.
*الطلب العالمي على الهيدروجين وفق القطاع في سيناريو التنمية المستدامة 2050
قطاع التكرير: 16.9 ميجا طن في العام
قطاع الطاقة: 55 ميجا طن في العام
قطاع النقل: 66.5 ميجا طن في العام
قطاع البناء والتشييد: 26.6 ميجا طن في العام
القطاع الصناعي: 62.9 ميجا طن في العام
الوقود الصناعي: 40.8 ميجا طن في العام
إنتاج الأمونيا: 18.3 ميجا طن في العام
*الطلب العالمي على الهيدروجين وفق القطاع في سيناريو التنمية المستدامة 2070
قطاع التكرير: 7.8 ميجا طن في العام
قطاع الطاقة: 72.9 ميجا طن في العام
قطاع النقل: 158.2 ميجا طن في العام
قطاع البناء والتشييد: 27.4 ميجا طن في العام
القطاع الصناعي: 77.7 ميجا طن في العام
الوقود الصناعي: 121.5 ميجا طن في العام
إنتاج الأمونيا: 53.6 ميجا طن في العام.