تامیین گرمایش مبتنی بر هیدروژن برای دستیابی به کربن خالص

تامیین گرمایش مبتنی بر هیدروژن برای دستیابی به کربن خالص صفر تا سال 2050
چکیده
امروزه در سطر هر خبری متنی قابل مشاهده است که به موضوعاتی همچون گرم شدن کره زمین، تغییرات اقلیمی، سطح بالای آلایندگی و نشست سران کشورهای پیشرفته برای کاهش کربن اشاره میکند. همگی این موضوعات تمامی کشورهای دنیا را ملزم به رعایت قوانین زیست محیطی کرده که مهمترین بخش آن به صفر رساندن تولید کربن تا سال 2050 است.یعنی استفاده بیشتر از انرژی های تجدید پذیر و جایگزینی آنها با سوخت های فسیلی ، در همین راستا توجه بسیاری از کشورها برای تامیین انرژی به سوخت هیدروژن جلب شده، سوختی پاک و بدون تولید کربن که از روشهای تجدید پذیر نظیر الکترولایزر1 کردن آب به راحتی و بدون تولید کربن اضافی به دست می آید. در این مقاله ما به بررسی استفاده از هیدروژن به جای سوخت های فسیلی می پردازیم و آخرین تحقیق امپریال کالج لندن2 را مرور میکنیم که به بررسی استفاده از هیدروژن برای تامیین حرارت پرداخته است.
مقدمه
بر اساس تحقیقات امپریال کالج لندن استفاده از هیدروژن به جای گاز طبیعی برای تامیین گرمایش میتواند به قطع، گزینه ی بسیار مناسبی باشد که تا سال 2050 به کربن خالص صفر3 دستیابی پیدا کنیم. عبارت کربن صفر برای ساختمان ها و برنامه های حمل و نقلی استفاده میشود که انرژی خود را از منابع تجدید پذیر تامین میکنند و سعی دارند انتشار کربن را در تمامی مراحل ساخت حذف نمایند این در حالی است که در حال حاضر برای تامیین تقاضای گرما بیش از 80 درصد از گاز طبیعی تجدیدناپذیر استفاده میشود و با توجه به متعهد شدن کشورها به کاهش کربن یکی از راههای دستیابی به این امر جایگزینی هیدروژن به جای گاز طبیعی است.این امر زمانی محقق میشود که ما برای تولید هیدروژن، کربن تولید نکنیم که بهترین روش، تولید هیدروژن سبز4 به وسیله ی الکترولایز و به کمک پنل های خورشیدی5 یا توربین های بادی6 است که در شکل 1 پروسه ی انجام آن قابل مشاهده است.

شکل 1:پروسه ی تولید هیدروژن از محل توربین بادی و پنل های خورشیدی

هیدروژن گازی کم کربن است که در تئوری می تواند جایگزین متان به عنوان منبع گرمای خانگی شود و در صورت مصرف فقط آب تولید می کند و می توان آن را از طریق زیرساخت های موجود مانند خطوط لوله با حداقل تنظیمات توزیع کرد. با این حال درک کمی از الزامات مختلف این انتقال، از جمله هزینه آن وجود دارد. که این تردیدها در بخش استفاده از آن پررنگتر است به این معنی که شبکه ملی گاز برای تحویل هیدروژن نیاز به تغییر کاربری دارد و باید زیر ساخت ها تغییرات گسترده ای کنند در حالی که برای مصرف کنندگان مشکلاتی اساسی وجود ندارد و گاهی نیاز به تعدیل و جایگزینی وسایل گازسوز میباشد اما این امر شامل بخش کوچکی از افراد میشود که همچنان از روش های قدیمی استفاده میکنند. نیکسون سانی7 از دپارتمان مهندسی شیمی امپریال به این موضوع اشاره میکند که هرچند ممکن است که انتقال هیدروژن نسبتاً پرهزینه باشد، اما این توانایی وجود دارد که از گزینه‌هایی مانند یارانه‌های دولتی و نوآوری در سیاست برای کمک به دستیابی به این هدف استفاده‌کنیم و جبران این هزینه‌های اولیه ارزش آن را دارد که بتوانیم تا سال 2050 به بی‌طرفی کربن برسیم.
مشکل دیگری که میتوانست مانعی بر سر راه دولت ها باشد هزینه های تولید هیدروژن بود که امروزه با کاهش قیمت در بخش الکترولایزر نوید این موضوع است که قیمت تولیدی هیدروژن کمتر از گاز طبیعی شود.طبق برآورد آژانس بین المللی انرژی هزینه تولید هیدروژن سبز امروزه با توجه به قیمت بالای گاز طبیعی، در واقع ارزان‌تر است- ۳٫۳۹ پوند (۴٫۴۷ دلار) در هر کیلوگرم.
پروفسور نایل مک داول8 از مرکز سیاست‌های زیست‌محیطی امپریال :کربن‌زدایی بخش گرمایش، نقطه عطف مهمی در مسیر رسیدن جهان به سمت کربن صفر خالص تا سال 2050 است. اما مسیری بسیار چالش برانگیز که در آن چالش های بخش فنی و تجاری زمان بیشتری را برای رفع میطلبند.

نتیجه گیری
از این تحقیق میتوان نتیجه گیری کرد که هرچند انتقال از گاز طبیعی به هیدروژن برای گرمایش می‌تواند به جهان برای رسیدن به اهداف 2050 کمک کند، اما راه‌اندازی گرمایش مبتنی بر هیدروژن ممکن است سه برابر گاز طبیعی هزینه داشته باشد و از آنجا که امروزه انتقال به سیستم گرمایش مبتنی بر هیدروژن بر اساس فناوری‌های تجاری در دسترس، از نظر فنی امکان‌پذیر است اما نقش مهمی برای دولت باقی می‌ماند تا به عنوان بازارساز عمل کنند تا این انتقال را فعال نگه دارند بنابراین حیاتی است که بخش‌های دولتی و خصوصی برای ایجاد یک انتقال سریع، قابل اعتماد و عادلانه با یکدیگر همکاری نزدیک داشته باشند.توسعه، گسترش و ارتقای فناوری در زمینه انرژی های تجدید پذیر از بسیاری جهات بسیار حیاتی هستند زیرا امروزه دمای هوا به سرعت رو به افزایش است و تغییرات اقلیمی روزبه روز شکل پیچیده تری به خود میگیرند امید بر این است که هیدروژن ما را به سمت دنیایی با کربن صفر سریع تر سوق دهد.

مشخصات:
نویسنده:شهاب نوشمند
آدرس ایمیل:shahabnooshmand@gmail.com
آدرس لینکدین: https://linkedin.com/in/shahabnooshmand
پی نوشت

1Electrolyzer 2Imperial College London 3Pure zero carbon 4Green Hydrogen 5Solar Panels 6Wind Turbines 7Nixon Sunny 8Professor Niall Mac Dowell

منابع

[1] Z Zhongming, L Linong, Z Wangqiang, L Wei.(2020) How materials science can be harnessed to reach net-zero CO2 emissions targets. resp.llas.ac.cn
[2] Dong Wang, Xu Lu, Meichao Lin, Di Wan, Zhiming Li, Jianying He, Roy Johnsen.(2020) Understanding the hydrogen effect on pop-in behavior of an equiatomic high-entropy alloy during in-situ nanoindentation. Journal of Materials Science & Technology
[3] www.theguardian.com
[4] www.live.viessmann.com
[5] www.fuelcellsworks.com