هیدروژن بخشی کلیدی از آینده انرژی جهان یا یک فاتا مورگانا از نوعی خطرناک؟

فرارو- آدام توز؛ مورخ بریتانیایی و استاد تاریخ در دانشگاه ییل و استاد دانشگاه کلمبیا و مدیر انستیتو اروپایی بوده است. او در سال ۲۰۰۲ میلادی جایزه فیلیپ لورهولم را برای تاریخ مدرن و چاپ کتاب‌اش با عنوان «آمار و دولت آلمان، ۱۹۰۰-۱۹۴۵: ساخت دانش اقتصادی مدرن» برنده شد. او عمدتا به دلیل مطالعه اقتصادی دوره رایش سوم شناخته شده است. او در دانشگاه ییل استاد تاریخ معاصر آلمان بوده است. هم چنین، توز مدیر مطالعات امنیت بین المللی در مرکز مطالعات بین المللی و منطقه‌ای مک میلان بوده است. کتاب «دستمزد تخریب» او یکی از برندگان جایزه تاریخ ولفسون در سال ۲۰۰۶ بود. کتاب «سقوط اقتصادی ۲۰۰۸ چگونه یک درگیری با بحران‌های مالی جهان را تغییر داد» نوشته او با ترجمه «پیروز اشرف» توسط نشر اختران به فارسی ترجمه شده است. از جمله دیگر جوایز دریافتی توز می‌توان به جایزه تاریخ لانگمن (۲۰۰۷ میلادی)، جایزه کتاب تاریخ لس آنجلس تایمز (۲۰۱۵ میلادی) و جایزه لیونل گلبر (۲۰۱۹ میلادی) اشاره کرد.

به گزارش فرارو به نقل از فارین پالسی؛ با توجه به اینکه اکثریت قریب به اتفاق دولت‌های جهان متعهد به کربن زدایی اقتصاد‌های خود در طول دو نسل آینده شده اند ما سفری به سوی ناشناخته‌ها را آغاز کرده ایم. هزینه انرژی خورشیدی و بادی در دو دهه گذشته به طرز چشمگیری کاهش یافته است. وسایل نقلیه برقی که با باتری کار می‌کنند از فانتزی به واقعیتی فراگیر در جهان امروز ما تبدیل شده اند.

با این وجود، در کنار موفقیت‌های آشکار ما باید با موقعیت‌هایی تیره‌تر نیز مقابله کنیم. ما همان گونه که به دنبال راه حل‌های فنی برای معمای کربن زدایی هستیم باید مراقب سراب‌های پیرامون گذار به انرژی سبز نیز باشیم.

در جریان یک کویر نوردی سراب می‌تواند کشنده باشد. اگر بیش از اندازه در جهت اشتباه حرکت کنید ممکن است راه بازگشتی برای تان وجود نداشته باشد. در آن صورت پیش از آن که آب واقعی را بیابید تسلیم خستگی خواهید شد. از سوی دیگر، اگر به سمت واحه‌ای که از دور به نظر می‌رسد نروید نمی‌توانید مطمئن باشید که به موقع واحه دیگری را خواهید یافت.

در حال حاضر، ما با معضلی مشابه روبرو هستیم معضلی با ابعاد مشابه البته نه در مورد آب بلکه درباره یکی از اجزای آن یعنی هیدروژن. آیا هیدروژن بخشی کلیدی از آینده انرژی جهان است یا یک فاتا مورگانا* از نوعی خطرناک می‌باشد؟ این پرسشی است که ده‌ها تریلیون دلار سرمایه گذاری ممکن است به پاسخ آن بستگی داشته باشد.

در آینده انرژی عناصر خاصی وجود دارند که واضح به نظر می‌رسند. الکتریسیته نقش بسیار بیش تری نسبت به قبل در ترکیب انرژی ما ایفا خواهد کرد، اما برخی از مشکلات بسیار گره دار باقی می‌مانند. آیا برق کافی است؟ چگونه می‌توانید واکنش‌های شیمیایی لازم برای تولید بلوک‌های ساختمانی ضروری زندگی مدرن مانند کود و سیمان را بدون استفاده از هیدروکربن‌ها و اعمال حرارت زیاد آزاد کنید؟ برای ذوب ۱.۸ میلیارد تن فولادی که ما هر سال ا آن استفاده می‌کنیم به دمای تقریبا ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد نیاز دارید. آیا می‌توانیم بدون احتراق به آن دما دست یابیم؟ چگونه نیروی لازم برای پرواز هواپیما‌های در مسافتی هزاران مایلی و ارتفاعی ده هزار پایی را تامین می‌کنید؟

چگونه کشتی‌های کانتینری غول پیکر را در سراسر جهان به حرکت در می‌آورید؟ موتور‌های الکتریکی و باتری‌ها به سختی می‌توانند برای تامین نیاز‌های ما کافی باشند. در اینجا هیدروژن به عنوان منبع تولید انرژی توصیه می‌شود، زیرا بسیار داغ می‌سوزد و هنگام سوختن صرفا آب آزاد می‌کند. ما می‌دانیم که چگونه با عبور جریان الکتریکی از آب هیدروژن بسازیم.

ما می‌دانیم که چگونه برق خالص تولید کنیم. بنابراین، هیدروژن سبز به راحتی در دسترس به نظر می‌رسد. از طرف دیگر، اگر هیدروژن با استفاده از گاز طبیعی به جای الکترولیز تولید شود می‌توان تاسیسات صنعتی را به گونه‌ای تنظیم کرد که امکان جذب فوری دی اکسید کربن در منبع را فراهم سازند. این نوع هیدروژن به هیدروژن آبی معروف است.

با پیروی از این منطق مهندسی هیدروژن توسط طرفداران اش به عنوان عاملی کلیدی برای گذار به انرژی سبز معرفی می‌شود: یک مکمل همه کاره برای استراتژی اساسی برق رسانی به همه چیز. با این وجود، پرسش آن است که آیا راه حل‌های مطرح شده برای استفاده از هیدروژن اگرچه ممکن است از نظر فنی قابل دوام باشند از نقطه نظر استراتژی گسترده‌تر گذار انرژی منطقی هستند و یا آن که ممکن است در عمل یک چرخش اشتباه و گران قیمت باشند.

استفاده از هیدروژن به عنوان ذخیره انرژی بسیار ناکارآمد است. با فناوری امروزی تولید هیدروژن از آب از طریق الکترولیز انرژی بسیار بیش تری در مقایسه با آن چه از طریق سوزاندن هیدروژن آزاد می‌شود مصرف می‌کند. چرا از همان الکتریسیته برای تولید گرما یا به حرکت درآوردن مستقیم موتور استفاده نکنید؟

تجهیزات الکترولیز مورد برای تولید هیدروژن از آب گران قیمت هستند. اگرچه هیدروژن ممکن است به گونه‌ای تمیز بسوزد، اما به عنوان سوخت خواص خورندگی، انرژی کم در واحد حجم و تمایل به انفجار را دارد که می‌تواند منبعی ناخوشایند باشد. هم چنین، ذخیره و جابجایی هیدروژن به سرمایه گذاری هنگفتی در تاسیسات کشتیرانی، خطوط لوله، ایستگاه‌های سوخت یا تاسیسات برای تبدیل هیدروژن به شکل پایدارتر آمونیاک نیاز دارد.

در سناریوی طرفداران استفاده از هیدروژن از ۲۹۰۰ گیگاوات انرژی تجدید پذیر ایالات متحده و ۶۵۰ گیگاوات توسط الکترولیز هیدروژن مصرف می‌شود. این میزان تقریبا سه برابر ظرفیت کل نیروگاه‌های تجدیدپذیر نصب شده امروزی است. همان طوری که مشاهده می‌کنید هزینه‌های آن بسیار زیاد خواهد بود. هزینه ساخت هیدروژن در دهه‌های آینده می‌تواند به ده‌ها تریلیون دلار برسد. علاوه بر این، برای کار به عنوان یک سیستم سرمایه گذاری در تولید، حمل و نقل و مصرف هیدروژن باید به طور همزمان انجام شود.

اگر نگاهی به تحلیل "مایکل لیبریچ" از کارشناسان بلومبرگ بیاندازیم متوجه می‌شیم که اکثر قریب به اتفاق استفاده‌های پیشنهادی هیدروژن در حمل و نقل و گرمایش صنعتی به دلیل ناکارآمدی محض در واقع غیر واقعی هستند. در هر مورد یک جایگزین آشکار وجود دارد که بیش‌تر استفاده مستقیم از برق را شامل می‌شود.

با این وجود، در شش سال گذشته ائتلاف عظیمی از دولت‌های ملی و منافع صنعتی حول وعده اقتصاد مبتنی بر هیدروژن شکل گرفته اند که حامیان مالی از ایرباس و آرامکو گرفته تا دایملر، بی ام دابلیو، هوندا، تویوتا، هیوندای، زیمنس، شل و مایکروسافت را شامل می‌شود. دولت‌های ملی ژاپن، کره جنوبی، اتحادیه اروپا، بریتانیا، ایالات متحده و چین همگی استراتژی‌های هیدروژنی دارند.

اعلان‌های پروژه‌های جدید به طور منظم وجود دارد. محموله‌های آزمایشی آمونیاک در ژاپن لنگر انداخته اند. اتحادیه اروپا در حال برنامه ریزی یک شبکه پیچیده از خطوط لوله است که به عنوان ستون فقرات هیدروژن شناخته می‌شود. با توجه به این واقعیت که بسیاری از کاربرد‌های جدید هیدروژن آزمایش نشده و با توجه به تردید بسیاری از اقتصاددانان و مهندسان انرژی با نفوذ منطقی است که بپرسیم انگیزه این موج تعهدات به چشم انداز هیدروژن چیست؟

از نظر تکنولوژیکی هیدروژن ممکن است تصویر درخشانی از امکان را در افقی دور نشان دهد، اما از نظر اقتصاد سیاسی نقش فوری تری دارد. این مسیری است که از طریق آن علاقمندان به سوخت‌های فسیلی می‌توانند مکانی را برای خود در آینده انرژی جدید تصور کنند. حضور بزرگان نفتی و شرکت‌های انرژی در صفوف طرفداران هیدروژن اتفاقی نیست. هیدروژن به تامین کنندگان گاز طبیعی این امکان را می‌دهد که تصور کنند می‌توانند امکانات خود را به سوخت‌های سبز تغییر دهند. سازندگان موتور‌های احتراقی و توربین‌های گازی می‌توانند به سوختن هیدروژن فکر کنند. ذخیره هیدروژن یا آمونیاک مانند گاز یا نفت نویدبخش راه حلی برای مسائل متناوب در تولید برق تجدیدپذیر است و ممکن است عمر نیروگاه‌های توربین گاز را افزایش دهد.

نگاهی به چندین جغرافیای کلیدی که در آن پروژه‌های هیدروژن در حال حاضر مورد بحث قرار می‌گیرند یک تصویر روانشناختی مرکب از لحظه مشترک عدم قطعیت جهانی ارائه می‌دهد.

اولین کشوری که استراتژی ملی هیدروژن را تدوین کرد ژاپن بود. ژاپن مدت هاست که پیشگام راه حل‌های عجیب و غریب در حوزه انرژی بوده است. از آنجایی که خطوط لوله زیر دریا به ژاپن غیرعملی است این تقاضای ژاپنی بود که به بازار دریایی گاز طبیعی مایع (LNG) جان بخشید.

آن چه که انگیزه چرخش هیدروژن در سال ۲۰۱۷ میلادی شد ترکیبی از شوک پس از حادثه نیروگاه فوکوشیما، اضطراب همیشگی در مورد امنیت انرژی و تعهد طولانی مدت به هیدروژن توسط خودروسازان کلیدی ژاپنی بود. اگرچه تویوتا شرکت شماره اول تولید کننده خودرو در تعهد به تولید خودرو‌های هیبریدی جدی بوده در متعهد شدن به ساخت خودرو‌های برقی عملکردی کُند داشته است.

همین امر در مورد سایر تولید کنندگان خودرو در شرق آسیا از جمله نیسان و هیوندای کره جنوبی نیز صدق می‌کند. در مواجهه با رقابت شدید خودرو‌های برقی ارزان چینی آنان و دولت‌های شان هیدروژن را می‌پذیرند که از نظر بسیاری از کارشناسان به جای کاربرد‌های صنعتی دقیقا بر روی حوزه‌های اشتباه مانند حمل و نقل و تولید برق متمرکز است.

چشم انداز تقاضای قابل توجه برای واردات هیدروژن در شرق آسیا اقتصاددانان طرفدار هیدروژن را تشویق می‌کند تا تجارت جهانی هیدروژن را تصور کنند که اساسا بازتاب دهنده بازار‌های نفت و گاز موجود است. آنان بر جریان هیدروکربن‌ها از مناطق تولید کننده کلیدی مانند شمال آفریقا، خاورمیانه و آمریکای شمالی به واردکنندگان در اروپا و آسیا متمرکز شده اند. گاز طبیعی شکسته شده تبدیل به گاز طبیعی مایع نیز همین مسیر را دنبال می‌کند؛ و به نظر می‌رسد که هیدروژن و آمونیاک مشتق شده از هیدروژن ممکن است همین کار را انجام دهند.

شرکت CF Industries بزرگترین تولید کننده آمونیاک ایالات متحده قراردادی را برای ارسال آمونیاک آبی به بزرگترین شرکت برق ژاپن به منظور استفاده در کنار نفت و گاز در تولید برق نهایی کرده است. در همین حال، آرامکو عربستان سعودی که تا به امروز بزرگترین شرکت نفتی جهان است محموله‌های آمونیاک آبی را تبلیغ می‌کند که امیدوار است آن را به ژاپن یا شرق آسیا تحویل دهد. اگرچه هزینه انرژی از نظر محتوای انرژی معادل حدود ۲۵۰ دلار در هر بشکه نفت است آرامکو امیدوار است تا سال ۲۰۳۰ میلادی ۱۱ میلیون تن آمونیاک آبی را به بازار‌های جهانی ارسال کند.

کشور‌های اتحادیه اروپا برای عبور از بحران گاز فعلی قرارداد‌های گاز طبیعی مایع را با کشور‌های حوزه خلیج فارس و ایالات متحده منعقد کرده اند. هدف استفاده از هیدروژن یا آمونیاک سبز یا آبی برای یافتن جایگاه جدیدی برای صنایع سنگین اروپایی است که در غیر این صورت در معرض خطر حذف کامل از بازار‌های جهانی به دلیل قیمت بالای انرژی و مالیات کربن اروپا قرار دارد.

صنعت فولاد اروپا امروزه کمتر از ده درصد تولید جهانی را به خود اختصاص داده است و در جایگاه رهبری نوآوری سبز قرار دارد. با این وجود، این که آیا این تعهد تنظیم اروپا به هیدروژن را توجیه می‌کند یا خیر پرسش دیگری می‌باشد.

به نظر می‌رسد انگیزه دولت‌های اروپایی بیش‌تر ناشی از تمایل به توقف فرآیند صنعتی زدایی و نگرانی در مورد رفتن رای دهندگان طبقه کار به آغوش پوپولیست‌ها باشد و مبتنی محاسبات استراتژیک آینده نگرانه.

در هلند مناطقی که تاکنون به‌عنوان قطب تجارت جهانی گاز طبیعی بوده اند اکنون برای تعیین به‌عنوان «دره هیدروژن» اروپا رقابت می‌کنند. "اولاف شولتز" صدراعظم المان و "جورجیا ملونی" نخست وزیر ایتالیا قررداد راهروی SoutH۲ را امضا کردند خط لوله‌ای که هیدروژن را از شبه جزیره ایتالیا به اتریش و جنوب آلمان می‌رساند. در همین حال، فرانسه اسپانیا را وادار به موافقت با اتصال هیدروژن زیر دریا به جای خط لوله گاز طبیعی بر فراز پیرنه کرده است. اسپانیا و پرتغال ظرفیت پایانه گاز طبیعی مایع را دارند با این وجود، ظرفیت بالقوه خورشیدی و بادی اسپانیا آن کشور را به مکان طبیعی اروپا برای تولید هیدروژن سبز تبدیل کرده که اصطلاح "لوله هیدروژن سبز" را از آن خود ساخته است.

اینکه واقعا چه مقدار هیدروژن در اروپا تولید خواهد شد، یک پرسش بی پاسخ باقی مانده است. یکی از دلایلی که پروژه‌های هیدروژنی مورد توجه استراتژیست‌های اروپایی قرار می‌گیرند این است که آنان دیدگاه جدیدی از همکاری اروپا و آفریقا ارائه می‌دهند. با توجه به روند‌های جمعیتی و فشار مهاجرت اروپا به شدت نیاز دارد باور کند که استراتژی آفریقایی امیدوارکننده‌ای دارد. ظرفیت بالقوه آفریقا برای تولید برق تجدیدپذیر چشمگیر است. آلمان اخیرا وارد شراکت هیدروژنی با نامیبیا شده است. با این وجود، این موضوع پرسش‌های تازه‌ای را مطرح می‌سازد.

نخست آن که یک کشور عمدتا کویری، چون نامیبیا و نمونه‌های مشابه آن در قاره آفریقا آب مورد نیاز برای الکترولیز را از کجا تامین می‌کنند؟ و نکته دوم آن که آیا نامیبیا فقط هیدروژن، آمونیاک یا برخی از محصولات صنعتی ساخته شده با نهاده‌های سبز را صادر می‌کند؟ توسعه صنایع شیمیایی سنگین و ذوب آهن برای نامیبیا سودمند خواهد بود، اما از دید آلمان این امر ممکن است باعث شکست هدف تعیین شده باشد که دقیقا تامین انرژی سبز مقرون به صرفه برای حفظ مشاغل صنعتی در اروپا است.

به مورد بریتانیا نگاه کنیم. آن کشور که زمانی پیشرو در استخراج زغال سنگ بود اخیرا به بن بست رسیده است. گرمایش خانگی در بریتانیا به شدت به گاز طبیعی وابسته است که نیاز به سرمایه گذاری هنگفتی در برق رسانی به ویژه در پمپ‌های حرارتی دارد که البته گران هستند. دولت محافظه کار فعلی بریتانیا هیدروژن را به عنوان جایگزین برای گرمایش خانگی مطرح کرده است. این در حالیست که جایگزینی گاز طبیعی با هیدروژن برای هر خانوار بریتانیایی هزینه نسبتاً کمتری دارد.

همان طور که این سفر کوتاه نشان می‌دهد دلایل زیادی برای ترس از این که ده‌ها میلیارد دلار یارانه، مقادیر هنگفت سرمایه سیاسی و زمان گرانبها در سرمایه گذاری انرژی سبز سرمایه گذاری می‌شود وجود دارد.

در حالت ایده آل رویکرد باید مقطعی و گام به گام باشد، و در این رابطه نکته مهمی که در مورد هیدروژن باید به آن توجه کرد آن است که در نظر گرفتن آن به عنوان یک فانتزی آینده نگر خود یک اشتباه است. ما در حال حاضر در جهانی مبتنی بر هیدروژن زندگی می‌کنیم. دو بخش کلیدی صنعت مدرن بدون آن نمی‌توانند کار کنند. پالایش نفت به هیدروژن متکی است همان طور که تولید کود توسط فرآیند هابر – بوش که تقریبا نیمی از تولید مواد غذایی به آن وابسته است به هیدروژن متکی می‌باشد. این دو بخ سهم عمده‌ای از تقاضا برای انبوه هیدروژنی را که در حال حاضر مصرف می‌کنیم ایجاد می‌کنند.

آزمایش هیدروژن باید در مکان‌هایی متمرکز شود که زیرساخت‌هایی از قبل در آنجا وجود دارد. این چالش برانگیز است، زیرا حمل و نقل هیدروژن گران است و بسیاری از نقاط فعلی استفاده از هیدروژن به ویژه در اروپا غرق در انرژی سبز ارزان قیمت نیستند.

با این وجود، دو مکان وجود دارد که شرایط برای آزمایش درباره اقتصاد هیدروژنی موجود مساعدترین به نظر می‌رسد. یکی از آن مکان‌ها چین است. چین در نصب نیروگاه‌های خورشیدی و بادی در جهان پیشتاز و در انتقال برق با ولتاژ فوق العاده پیشرو است. چین برخلاف ژاپن و کره جنوبی علاقه خاصی به هیدروژن نشان نداده است. این کشور بزرگترین شرط بندی در جهان را بر روی مسیر مستقیم‌تر برای برق رسانی از طریق تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و باتری‌ها انجام داده است.

با این وجود، چین در حال حاضر بزرگترین و کم هزینه‌ترین تولید کننده تجهیزات الکترولیز است. چین در سال ۲۰۲۲ میلادی استراتژی هیدروژن نسبتا متعادلی را راه اندازی کرد. چین با همکاری سازمان ملل آزمایشی را با تولید کود سبز آغاز کرده است و ممکن است بر روی سیستم انرژی هیدروژنی در مقیاس بزرگ نیز شرط بندی کند.

بازیگر کلیدی دیگر امریکاست. ایالات متحده پس از سال‌ها تاخیر در زمینه باتری‌ها و استفاده از انرژی بادی بسیار عقب مانده است. با این وجود، در مورد هیدروژن به طور خاص در تگزاس و لوئیزیانا در خلیج مکزیک مزایای آشکاری نسبت به هر مکان دیگری در غرب دارد. امریکا خانه یک مجتمع عظیم پتروشیمی می‌باشد و تنها اقتصاد غرب است که می‌تواند با هند و چین در تولید کود رقابت کند. در تگزاس بیش از ۲۵۰۰ کیلومتر خط لوله هیدروژنی وجود دارد. تصادفی نیست که قانون آب و هوای آمریکا و قانون کاهش تورم سخاوتمندانه‌ترین یارانه‌های ارائه شده را برای انرژی سبز در ایالات متحده به منظور تولید هیدروژن هدف قرار داده است.

لابی هیدروژن سخت کار می‌کند و تگزاس را به کم هزینه‌ترین مکان برای تولید هیدروژن در جهان غرب تبدیل کرده است. این مدلی نیست که کسی بخواهد آن را در جای دیگری شبیه سازی کند، اما ممکن است به عنوان یک انکوباتور فناوری عمل کرده و نشان دهد چه چیزی قابل دوام است و چه چیزی نیست.

*نوعی پیچیده از سراب است که در یک نوار باریک در بالای افق دیده می‌شود. این اصطلاح بدان خاطر انتخاب شده که این نوع از سراب اغلب در تنگه مسینا دیده می‌شود و در باور بومی مردم آن منطقه قلعه‌های خیالی در آسمان یا سرزمین دروغین می‌باشد که توسط سحر و جادو برای فریب ملوانان و سوق دادن آنان به سوی مرگ ساخته شده اند.