ظهور الهيدروجين الأخضر كوقود للجيل القادم

مقدمة

أدى الانتعاش الاقتصادي بعد كوفيد-19 إلى تغييرات في ديناميكيات قطاع الطاقة وأدى إلى ارتفاع أسعار السلع مثل النفط والغاز وغيرها. أدى الصراع المستمر بين روسيا وأوكرانيا إلى تعطيل سلسلة التوريد وأدى إلى زيادات أخرى في أسعار الطاقة والمخاوف المتعلقة بأمن الطاقة بين الدول. إلا أن هذا التحدي فتح الباب أمام العالم للتوجه نحو مصادر الطاقة المنخفضة الكربون والمستدامة والنظيفة كالهيدروجين وغيره من مصادر الطاقة المتجددة لتأمين احتياجاتها من الطاقة والاستقلال من حيث الاعتماد على ضرورة استيراد الطاقة.

قد يكون الجانب الآخر من التحول السريع في مشهد الطاقة هو الحاجة المتزايدة لإزالة الكربون من القطاعات بسبب سيناريو تغير المناخ. تركز الحكومات والشركات على أهداف حادة لإزالة الكربون لتحقيق هدف صافي الصفر. ومن المتوقع أن يتحول مزيج الطاقة نحو مصادر الطاقة المتجددة والطاقة النظيفة مثل الهيدروجين. بحلول عام 2050، من المتوقع أن يتضاعف الطلب على الكهرباء ثلاث مرات، حيث من المتوقع أن تزيد أنواع الوقود الهيدروجيني والوقود المعتمد على الهيدروجين من حصتها في السوق بسبب زيادة الطلب وإزالة الكربون.

ومن المتوقع أن ينمو الطلب العالمي على الطاقة بنسبة 25% إلى 30% بحلول عام 2040. وستنبعث الاقتصادات المعتمدة على الفحم والوقود الأحفوري المزيد من ثاني أكسيد الكربون، مما يزيد الأمر سوءًا بالنسبة لحالة تغير المناخ. لكن إزالة الكربون من الكوكب تشير إلى سيناريو مختلف بحلول عام 2050، حيث تكون الطاقة أكثر استدامة وبأسعار معقولة وكفاءة، مدفوعة بالطاقات النظيفة مثل الهيدروجين الأخضر.

أنواع الهيدروجين

يمكن أن يختلف تصنيف الهيدروجين اعتمادًا على طرق الإنتاج، مما يؤدي إلى فئات مثل اللون الرمادي والأزرق والأخضر وأحيانًا ألوان غير تقليدية مثل الوردي أو الأصفر أو الفيروزي. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن اصطلاحات التسمية المحددة قد تختلف بين البلدان وقد تتطور بمرور الوقت.

يبرز الهيدروجين الأخضر باعتباره النوع الوحيد من الهيدروجين الذي يتم إنتاجه من خلال وسائل محايدة للمناخ، مما يجعله لاعبًا حاسمًا في المساعي العالمية لتحقيق هدف صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050.

ما هو الهيدروجين الأخضر وكيف يتم تخزينه والتحديات المرتبطة بالهيدروجين الأخضر؟

يشير الهيدروجين الأخضر إلى الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه دون توليد انبعاثات ملوثة، مما يدل على استدامته. ويعتبر ناقلًا محوريًا للطاقة في السعي إلى إزالة الكربون على مستوى العالم والوفاء بالالتزامات المحددة لعام 2050 لمكافحة تغير المناخ. يشكل الهيدروجين الأخضر حاليا حوالي0.1% من إجمالي إنتاج الهيدروجينولكن من المتوقع أن يرتفع هذا الرقم مع استمرار انخفاض تكاليف الطاقة المتجددة.

يتم الحصول على الهيدروجين من خلال عملية التحليل الكهربائي التي تفصل الهيدروجين والأكسجين في الماء. مصطلح الهيدروجين الأخضر يعني أن الكهرباء المستخدمة لتشغيل فرن القوس الكهربائي لعملية التحليل الكهربائي تأتي من مصادر متجددة بنسبة 100%، مثل الرياح أو الطاقة الشمسية، وما إلى ذلك.

يمكن تخزين الهيدروجين فيزيائياً إما على شكل غاز أو سائل. عادةً ما يتطلب تخزين الهيدروجين كغاز خزانات عالية الضغط، حيث يتراوح ضغط الخزان من 350 إلى 700 بار (5000 إلى 10000 رطل لكل بوصة مربعة). على العكس من ذلك، فإن تخزين الهيدروجين كسائل يتطلب درجات حرارة شديدة البرودة، حيث تبلغ نقطة غليانه عند الضغط الجوي -252.8 درجة مئوية. هناك طريقة أخرى لتخزين الهيدروجين تتضمن امتزازه على أسطح المواد الصلبة أو امتصاصه داخل المواد الصلبة.

تعرف على المزيد حول تخزين الهيدروجين في-https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-green-hydrogen-market

هناك بعض التحديات المرتبطة بإنتاج الهيدروجين الأخضر. التحدي الرئيسي هو أن المحللات الكهربائية المستخدمة لإنتاج الهيدروجين تعاني من نقص في المعروض حتى الآن، ومعظم الطاقة المتجددة لا تزال تأتي بسعر كبير. بالمقارنة مع عمليات الإنتاج التقليدية، يعد التحليل الكهربائي مكلفًا، ولا يزال سوق المحللات الكهربائية مضغوطًا.

أهمية الهيدروجين الأخضر في تحول الطاقة

يعد تعزيز الهيدروجين الأخضر ذا أهمية قصوى لتحقيق الالتزامات المناخية المنصوص عليها في اتفاق باريس ومعالجة الحاجة الملحة لأهداف انعدام الانبعاثات استجابة لحالة الطوارئ المناخية. وفي أوروبا، يجري بالفعل تنفيذ مبادرات عبر سلسلة قيمة الهيدروجين بأكملها. ويشمل ذلك تطوير محللات كهربائية أكثر قدرة على المنافسة، وإنشاء شبكة نقل فعالة، ونشر البنية التحتية للهيدروجين لدعم النقل البري.

ووفقاً لتقرير صادر عن الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA)، هناك إمكانية لخفض كبير في تكلفة منشآت الهيدروجين، تتراوح من 40% إلى 80% على المدى الطويل. ويشير هذا، إلى جانب الانخفاض المتوقع في أسعار الطاقة المتجددة، إلى أن الهيدروجين الأخضر لديه القدرة على أن يصبح مجديًا اقتصاديًا ومربحًا بحلول عام 2030.

ظهور الهيدروجين الأخضر

بحلول عام 2050، يتمتع الهيدروجين الأخضر بالقدرة على تلبية حوالي 25% من متطلبات الطاقة في العالم والظهور كسوق بقيمة يمكن التعامل معها تبلغ 10 تريليون دولار أمريكي. وتشهد الاستثمارات في الهيدروجين الأخضر ارتفاعا كبيرا بين شركات النفط والغاز الكبرى. تخطط أوروبا لجعل الهيدروجين جزءًا رئيسيًا من حزمة الصفقة الخضراء ذات القيمة العالية.

في عام 2020، وصل الطلب على الهيدروجين إلى ما يقدر بـ 87 مليون طن متري، ومن المتوقع أن يشهد نموًا كبيرًا، ليصل إلى نطاق 500-680 مليون طن متري بحلول عام 2050. سوق إنتاج الهيدروجين، بقيمة 130 مليار دولار اعتبارًا من عام 2020 حتى عام 2021، من المتوقع أن تشهد معدل نمو سنوي ثابت يصل إلى 9.2% حتى عام 2030. ومع ذلك، هناك عقبة كبيرة: الغالبية العظمى (أكثر من 95%) من إنتاج الهيدروجين الحالي يعتمد على الوقود الأحفوري، مع مراعاة جزء ضئيل فقط "أخضر". يساهم ما يقرب من 6% من الغاز الطبيعي العالمي و2% من الفحم العالمي في إنتاج الهيدروجين.

معرفة المزيد، قم بزيارة فيhttps://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-green-hydrogen-market

تشهد تقنيات إنتاج الهيدروجين الأخضر تجدد الاهتمام بسبب اتساع نطاق التطبيقات عبر مختلف القطاعات. وتشمل هذه القطاعات توليد الطاقة، وعمليات التصنيع في صناعات مثل صناعة الصلب وإنتاج الأسمنت، وخلايا الوقود للسيارات الكهربائية، والنقل الثقيل مثل الشحن، وإنتاج الأمونيا الخضراء للأسمدة، ومنتجات التنظيف، والتبريد، وتثبيت شبكة الكهرباء.

توقعات الإنتاج والطلب على الهيدروجين الأخضر

إن الخطوة الحاسمة المتمثلة في توسيع إنتاج الهيدروجين الأخضر لا غنى عنها في مساعدة الاقتصادات العالمية على تحقيق صافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050 والحد من الزيادة في درجات الحرارة العالمية إلى 1.5 درجة مئوية. وبحلول عام 2023، من المتوقع أن تتجاوز الاستثمارات السنوية في إنتاج الهيدروجين الأخضر مليار دولار. ويعود هذا الاتجاه إلى انخفاض تكاليف الطاقة المتجددة وتكنولوجيا التحليل الكهربائي، إلى جانب تنفيذ السياسات الداعمة من قبل الحكومات. ومن الجدير بالذكر أن هناك بالفعل خط أنابيب كبير بقدرة 23 جيجاوات في مشاريع التحليل الكهربائي، وهو ما يمثل زيادة كبيرة عن القدرة الحالية البالغة 82 ميجاوات فقط.

على الرغم من القدرات المتزايدة لمشاريع الهيدروجين الحالية قيد الإنشاء والتشغيل، إلا أنها تظل في المقام الأول في مرحلة ما قبل التجارة وتمتلك قدرات محلل كهربائي محدودة، عادة أقل من 50 ميجاوات. في المقابل، تُظهر المحطات المقترحة قدرات محلل كهربائي أكبر تبلغ 100 ميجاوات أو أكثر، على الرغم من أنها لا تزال باهتة مقارنة بحجم مرافق إنتاج الهيدروجين الرمادي الحالية. بالإضافة إلى ذلك، فإن تطوير البنية التحتية لدعم الاستخدام المكثف للهيدروجين، مثل خطوط الأنابيب أو محطات الاستيراد/التصدير، هي عملية تستغرق وقتًا طويلاً وقد تستغرق عدة سنوات. من الناحية المثالية، يجب أن يتم إنشاء البنية التحتية اللازمة بالتزامن مع الطلب المتزايد على الهيدروجين، مما يضمن فعاليته من حيث التكلفة وتسهيل التجارة الكافية ونقل الهيدروجين بحلول عام 2030. وتتنبأ السيناريوهات المتوسطة والعالية الطموح بزيادة في الطلب على الهيدروجين اعتبارًا من عام 2030 فصاعدًا، يليه ارتفاع الطلب على الهيدروجين اعتبارًا من عام 2030 فصاعدًا. زيادة كبيرة أخرى تبدأ في عام 2035. وللتوافق مع الأهداف المحددة في اتفاق باريس، من الضروري البدء في تخطيط البنية التحتية دون تأخير.

وبعد عام 2035، يمكن أن يكون اعتماد الهيدروجين في القطاعات الصعبة اقتصاديا، مثل الطيران والصناعات البحرية، مدفوعا بالتزامات القطاعين العام والخاص. ومن المتوقع أن تتبنى هذه القطاعات الوقود المشتق من الهيدروجين مثل الكيروسين الاصطناعي والأمونيا كبدائل قابلة للتطبيق. بحلول عام 2035، من المتوقع أن يشهد تكوين إمدادات الهيدروجين تحولًا كبيرًا. ومن المتوقع أن تنخفض نسبة الهيدروجين الرمادي، التي تمثل حاليًا ما يقرب من 100% من الإمدادات، إلى 55% -60%. إن انخفاض التكاليف والموقف الداعم لصانعي السياسات تجاه اعتماد تكنولوجيا الهيدروجين هو الدافع وراء هذا التحول. ونتيجة لذلك، من المتوقع أن تكتسب أساليب الإنتاج النظيف أهمية كبيرة في قطاع الهيدروجين.

سيكون معظم الطلب على الهيدروجين من وسائل النقل والاستخدامات الصناعية الجديدة بحلول عام 2035. ولكن بعد عام 2035، من المتوقع أن يتوسع الهيدروجين في جميع قطاعات اقتصاد الطاقة.

قد تكون بعض عوامل التمكين الرئيسية التي قد تكون ضرورية لدعم تطوير اقتصاد الهيدروجين:

• البنية التحتية وسلسلة التوريد
• التقدم التكنولوجي وتوسيع نطاق التصنيع
• الدعم الحكومي والسياسات

تكاليف وتسعير الهيدروجين

في الوقت الحالي، ينطوي إنتاج الهيدروجين من مصادر الطاقة منخفضة الكربون على تكاليف باهظة. ومع ذلك، وفقا لتحليل أجرته وكالة الطاقة الدولية (IEA)، من المتوقع أن تنخفض تكلفة إنتاج الهيدروجين من الكهرباء المتجددة بنسبة 30٪ بحلول عام 2030. ويمكن أن يعزى هذا الانخفاض إلى انخفاض تكاليف تقنيات الطاقة المتجددة وزيادة حجم إنتاج الهيدروجين. علاوة على ذلك، فإن التصنيع الضخم لديه القدرة على الاستفادة من خلايا الوقود، ومعدات التزود بالوقود، والمحللات الكهربائية، والتي تعد مكونات حاسمة في إنتاج واستخدام الهيدروجين المولد من الكهرباء والماء.

يبلغ متوسط ​​تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر حاليًا حوالي 6 دولارات/كجم، ولكن بحلول عام 2030 من المتوقع أن تنخفض بمقدار 2.3 دولار/كجم. ومن المتوقع أن يرتفع الإنفاق الرأسمالي بنسبة 30% بحلول عام 2030، وذلك بفضل أهداف إزالة الكربون. اقترح بعض الخبراء أن إنتاج الهيدروجين الأخضر يمكن أن يكون بمثابة وسيلة للاستفادة من فائض الطاقة المتجددة من مراكز الإنتاج الرئيسية، مثل مزارع الرياح البحرية في أوروبا. ومع ذلك، ونظرًا للتكاليف المرتفعة المستمرة المرتبطة بالمحللات الكهربائية، فإن ذلك يثير الشكوك حول ما إذا كان مطورو مشاريع الهيدروجين الأخضر سيكونون على استعداد لإبقاء محللاتهم الكهربائية في وضع الخمول حتى تصل أسعار الطاقة المتجددة إلى عتبة محددة.

وهناك نهج أكثر احتمالا، والذي يتم التفكير فيه بالفعل من قبل شركات مثل Lightsource BP وShell، يتضمن بناء مرافق مخصصة لإنتاج الهيدروجين الأخضر في المناطق الوفيرة بموارد الطاقة المتجددة. وسيتم دمج هذه المرافق مع أصول مخصصة لتوليد الطاقة المتجددة، مما يضمن مصدر طاقة متجددة ثابتًا وموثوقًا لإنتاج الهيدروجين الأخضر.

تطبيقات الهيدروجين الأخضر

الهيدروجين الأخضر في الصناعات الثقيلة-الهيدروجين هو مادة خام أساسية في مختلف الصناعات. وفي القطاع الكيميائي، يتم استخدامه لإنتاج الأمونيا والأسمدة. تعتمد صناعة البتروكيماويات على الهيدروجين لتكرير النفط، بينما يستخدمه علم المعادن للحصول على الصلب.

ومع ذلك، فإن استخدام الهيدروجين في هذه الصناعات يؤدي إلى انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. على سبيل المثال، يساهم تصنيع الصلب وحده بنسبة 6 إلى 7% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، وهو ما يتجاوز الانبعاثات الصادرة عن قطاع الطيران العالمي بأكمله بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات. وتتمثل إحدى الخطوات المهمة لمعالجة الحاجة الملحة لإزالة الكربون في هذه الصناعات في اعتماد الهيدروجين الأخضر كمادة خام. ومن خلال القيام بذلك، يصبح من الممكن إنتاج الفولاذ الخالي من الانبعاثات، مما يمثل علامة فارقة مهمة في الجهود العاجلة لإزالة الكربون المطلوبة في هذه القطاعات.

الهيدروجين الأخضر لتخزين الطاقة-يمتلك الهيدروجين الأخضر القدرة على العمل كحل لتخزين الطاقة، مقارنة بالاحتياطيات الاستراتيجية من النفط أو الغاز الطبيعي التي نستخدمها حاليًا. ومن خلال الاستفادة من حجمه الكبير وعمره الطويل، يمكننا إنشاء احتياطيات من الهيدروجين المتجدد لتعزيز استقرار وموثوقية شبكة الكهرباء.

الهيدروجين الأخضر كوقود- وسيلعب استخدام الهيدروجين الأخضر كوقود دورًا حاسمًا في إزالة الكربون من قطاع النقل، وخاصة في النقل لمسافات طويلة والنقل الجوي. عادة، يعتمد النقل البحري على أنواع الوقود الرخيصة ولكنها شديدة التلوث. ومع ذلك، يوفر الهيدروجين الأخضر بديلاً محوريًا للسفن ذات المسافات الطويلة، مما يوفر حلاً مقنعًا لتقليل الانبعاثات. وفي صناعة الطيران، يمكن للهيدروجين الأخضر أن يكون بمثابة أساس للوقود الاصطناعي الذي يخفف بشكل كبير من الانبعاثات داخل هذا القطاع. علاوة على ذلك، تمتد أهميته إلى وسائل النقل الأخرى، مثل السكك الحديدية والنقل البري للخدمة الشاقة، حيث سيكون الهيدروجين الأخضر ضروريًا في دفع الممارسات المستدامة والصديقة للبيئة.

الهيدروجين الأخضر للاستخدام المنزلي- يتمتع الهيدروجين الأخضر بقدرة فريدة على الوصول إلى درجات حرارة يصعب تحقيقها من خلال عمليات نظيفة أخرى. وبالتالي، فإن أحد التطبيقات الواعدة للهيدروجين الأخضر يكمن في استخدامه لتوليد الكهرباء والتدفئة السكنية.

توقعات الهيدروجين العالمية

سيُظهر امتصاص الهيدروجين على المستوى الإقليمي اختلافات كبيرة، تتأثر في المقام الأول باعتبارات السياسة. وتتصدر أوروبا الطريق، حيث من المتوقع أن يشكل الهيدروجين 11% من مزيج الطاقة بحلول عام 2050، وذلك بفضل تنفيذ السياسات التمكينية التي تعمل على تشجيع التوسع في إنتاج الهيدروجين واستخدامه. وفي منطقة المحيط الهادئ التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي، من المتوقع أن يمثل الهيدروجين 8% من مزيج الطاقة بحلول عام 2050، بدعم من الاستراتيجيات والأهداف ومبادرات التمويل التي تركز على جانب العرض.

وعلى نحو مماثل، تهدف أمريكا الشمالية إلى أن يمثل الهيدروجين 7% من مزيج الطاقة لديها، على الرغم من أن أسعار الكربون لديها أقل نسبيا وأهداف وسياسات أقل تحديدا. تتابع الصين الكبرى عن كثب هدف الهيدروجين بنسبة 6٪ في مزيج الطاقة. والجدير بالذكر أن الصين الكبرى قدمت مؤخرًا المزيد من الوضوح بشأن آليات التمويل وآفاق الهيدروجين حتى عام 2035، مصحوبة بإنشاء مخطط وطني متنامي لتداول الانبعاثات. ومن المتوقع أن تستهلك هذه المناطق الأربع ما يقرب من ثلثي الطلب العالمي على الهيدروجين للطاقة بحلول عام 2050.

محركات للهيدروجين الأخضر

في الماضي، حظي الهيدروجين باهتمام كبير في موجات متعددة من الاهتمام. وكانت هذه الموجات مدفوعة في المقام الأول بعوامل مثل صدمات أسعار النفط، والمخاوف بشأن ذروة الطلب على النفط، والمخاوف بشأن تلوث الهواء، والاستكشافات في أبحاث الوقود البديل. ومن خلال العمل كحامل إضافي للطاقة مع سلاسل توريد ومنتجين وأسواق متميزة، فإن الهيدروجين لديه القدرة على المساهمة في أمن الطاقة. يمكن لتنويع مزيج الطاقة هذا أن يعزز مرونة النظام بشكل عام.

تتضمن بعض الدوافع الرئيسية للهيدروجين الأخضر ما يلي:-

• انخفاض تكلفة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح- العامل الأساسي الذي يؤثر على تكلفة الهيدروجين الأخضر هو سعر الكهرباء. على مدى العقد الماضي، كان هناك انخفاض كبير في تكلفة الكهرباء التي يتم الحصول عليها من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح البرية. وفي عام 2018، بلغ متوسط ​​السعر العالمي للطاقة الشمسية المتعاقد عليها 56 دولارًا أمريكيًا لكل ميجاوات في الساعة، وهو انخفاض كبير من 250 دولارًا أمريكيًا لكل ميجاوات في الساعة في عام 2010. وبالمثل، شهدت أسعار طاقة الرياح البرية أيضًا انخفاضًا، حيث انخفضت من 75 دولارًا أمريكيًا لكل ميجاوات في الساعة في عام 2010 إلى 48 دولارًا أمريكيًا في الساعة. ميجاوات ساعة في عام 2018 (إيرينا). مع استمرار انخفاض تكاليف الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح، أصبح إنتاج الهيدروجين الأخضر جذابًا اقتصاديًا بشكل متزايد.
• الحكومات التي تهدف إلى إنشاء أنظمة طاقة صافية صفر- اعتبارًا من منتصف عام 2020، كانت التدابير التشريعية لتنفيذ أهداف صافي انبعاثات الغازات الدفيئة (GHG) مطبقة بالفعل في سبعة بلدان، في حين اقترحت 15 دولة إضافية تشريعات أو وثائق سياسات مماثلة. يتجاوز إجمالي عدد البلدان التي أعلنت عن أهداف خفض الانبعاثات الصفرية 120 دولة (المنتدى الاقتصادي العالمي، 2020). ومن الجدير بالذكر أن الصين، وهي أكبر مصدر لانبعاثات الغازات الدفيئة، التزمت مؤخرا بتحقيق صافي انبعاثات كربونية صِفر في غضون أربعين عاما. ورغم أن هذه الالتزامات بخفض الانبعاثات الصفرية لا تزال بحاجة إلى الترجمة إلى إجراءات ملموسة، فإنها ستتطلب خفض الانبعاثات داخل القطاعات "التي يصعب تخفيفها"، حيث يمكن للهيدروجين الأخضر أن يلعب دورا مهما.
• الفوائد لقطاع الطاقة- ومع تزايد الاعتماد على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، والمعروفة أيضًا باسم الطاقة المتجددة المتغيرة (VRE)، في مختلف الأسواق العالمية، سوف تتطلب أنظمة الطاقة مرونة معززة. يمكن تصميم المحللات الكهربائية، التي تستخدم لإنتاج الهيدروجين الأخضر، كموارد قابلة للتكيف وقادرة على تعديل إنتاجها بسرعة للتعويض عن التقلبات في إنتاج VRE. يمكن تخزين الهيدروجين الأخضر لفترات طويلة واستخدامه في الأوقات التي لا يكون فيها VRE متاحًا لتوليد الطاقة. ويمكن استخدامه في خلايا الوقود الثابتة أو توربينات الغاز الجاهزة للهيدروجين. يعتبر الهيدروجين الأخضر مناسبًا لتخزين الطاقة على المدى الطويل والموسمي، مما يكمل بشكل فعال محطات الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها. يعزز الهيدروجين الأخضر كفاءة النظام وفعاليته من حيث التكلفة من خلال تسهيل دمج حصص أعلى من VRE في الشبكة.
• تقدم التكنولوجيا- تم بالفعل تنفيذ العديد من المكونات ضمن سلسلة قيمة الهيدروجين على نطاق صغير وهي جاهزة للتسويق التجاري، مما يستلزم الاستثمار لمزيد من قابلية التوسع. ورغم أن بعض التكنولوجيات، مثل السفن التي تعمل بوقود الأمونيا، لا تزال تنتظر تجارب واسعة النطاق، فإن التوسع في إنتاج الهيدروجين الأخضر من الممكن أن يساهم في فعالية هذه المسارات من حيث التكلفة وجاذبيتها. إن توسيع نطاق استخدام الهيدروجين الأخضر لديه القدرة على تعزيز القدرة على تحمل تكاليف هذه التقنيات وجاذبيتها.

تحديات الهيدروجين الأخضر

تنطبق عقبات مختلفة على جميع أشكال الهيدروجين، بغض النظر عن طرق إنتاجها. تشمل هذه العوائق غياب البنية التحتية المتخصصة، مثل مرافق النقل والتخزين. بالإضافة إلى ذلك، تتعلق تحديات محددة في الغالب بمرحلة إنتاج الهيدروجين الأخضر من خلال التحليل الكهربائي. وتشمل هذه التحديات فقدان الطاقة، وعدم الاعتراف الكافي بقيمتها، والصعوبات في ضمان الاستدامة، وارتفاع تكاليف الإنتاج.

• تكاليف إنتاج عالية- في عام 2019، وجد أن الهيدروجين الأخضر الذي يتم إنتاجه باستخدام الكهرباء من محطة متوسط ​​الطاقة المتجددة المتغيرة (VRE) أغلى مرتين إلى ثلاث مرات من الهيدروجين الرمادي. علاوة على ذلك، فإن اعتماد تقنيات الهيدروجين الأخضر لمختلف التطبيقات يمكن أن يؤدي إلى نفقات كبيرة. على سبيل المثال، يتم تسعير المركبات المجهزة بخلايا الوقود وخزانات الهيدروجين بما لا يقل عن 1.5 إلى 2 مرات أعلى من نظيراتها من الوقود الأحفوري. وبالمثل، فإن الوقود الاصطناعي المصمم للطيران أغلى حاليًا بما يصل إلى ثمانية أضعاف تكلفة الطائرات النفاثة الأحفورية، وهو حاليًا أغلى بما يصل إلى ثمانية أضعاف من الوقود الأحفوري
• نقص البنية التحتية- على الصعيد العالمي، لا يوجد سوى ما يقرب من 5000 كيلومتر من خطوط أنابيب نقل الهيدروجين، على عكس أكثر من 3 ملايين كيلومتر من خطوط أنابيب الغاز الطبيعي (مركز موارد تحليل الهيدروجين، 2016). وبالمثل، هناك ما يقرب من 470 محطة للتزود بالوقود الهيدروجيني في جميع أنحاء العالم، في حين يوجد أكثر من 200 ألف محطة للتزود بالوقود بالبنزين والديزل في الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي. في حين أنه من الممكن إعادة استخدام البنية التحتية الحالية للغاز الطبيعي لإنتاج الهيدروجين، إلا أنه لا تمتلك جميع المناطق مثل هذه البنية التحتية. ومن ناحية أخرى، يمكن للوقود الاصطناعي المشتق من الهيدروجين الأخضر أن يستخدم البنية التحتية القائمة، على الرغم من أنه قد يتطلب التوسع لاستيعاب الاستخدام المتزايد
• خسائر عالية في الطاقة- يواجه الهيدروجين الأخضر خسائر ملحوظة في الطاقة في كل مرحلة من سلسلة القيمة الخاصة به. يتم فقدان ما يقرب من 30-35% من الطاقة المستخدمة في التحليل الكهربائي، وهي عملية إنتاج الهيدروجين (إيرينا). علاوة على ذلك، فإن تحويل الهيدروجين إلى مواد حاملة أخرى، مثل الأمونيا، يمكن أن يؤدي إلى فقدان طاقة يتراوح بين 13-25%. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب نقل الهيدروجين مدخلات طاقة إضافية، تعادل عادةً 10-12% من محتوى الطاقة للهيدروجين نفسه. علاوة على ذلك، يمكن أن يحدث فقدان إضافي للطاقة بنسبة 40-50% عند استخدام الهيدروجين في خلايا الوقود

التطورات الأخيرة والمشاريع الرئيسية للهيدروجين الأخضر

• وفقًا لبيانات وكالة الطاقة الدولية، هناك حوالي 300 مشروع للهيدروجين الأخضر إما قيد التنفيذ حاليًا أو تم إطلاقها عالميًا. ومع ذلك، فإن غالبية هذه المشاريع عبارة عن مصانع تجريبية صغيرة الحجم نسبيًا. وفي الصين، تتولى مجموعة Ningxia Baofeng Energy Group تنفيذ أكبر مشروع في الصين، وذلك باستخدام الهيدروجين الأخضر المولد من الطاقة الشمسية لتصنيع البتروكيماويات مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين.
• أعلنت شركة بريتيش بتروليوم، وهي شركة طاقة بارزة لديها طموحات لبناء العديد من مبادرات الهيدروجين الأخضر، مثل منشأة HyGreen Teesside القادمة في بريطانيا والتي من المقرر أن تبدأ في عام 2025، عن التزامها بتطوير أنظمة مراقبة التسرب.
• من المقرر أن تنضم ألمانيا إلى فرنسا وإسبانيا والبرتغال في مشروع هيدروجين طموح لتوليد غاز صديق للبيئة من خلال مصادر متجددة ونقله عبر خطوط الأنابيب من شبه الجزيرة الأيبيرية. وكجزء من جهد تعاوني بين باريس وبرلين، سيتم توسيع خط أنابيب الهيدروجين الأخضر الذي يزود فرنسا حاليًا من إسبانيا والبرتغال ليشمل ألمانيا. ويعد هذا التوسع جزءا من "خارطة طريق مشتركة" تم الإعلان عنها حديثا بشأن الهيدروجين، مع التركيز على زيادة الاستثمارات في التكنولوجيات المستقبلية، وخاصة تلك المتعلقة بالطاقات المتجددة والمنخفضة الكربون. سيربط خط أنابيب H2Med تحت سطح البحر، والمعروف أيضًا باسم خط أنابيب الهيدروجين في البحر الأبيض المتوسط، شبه الجزيرة الأيبيرية بفرنسا، ومن المتوقع أن يبدأ تشغيله بحلول عام 2030. وسينقل الهيدروجين المنتج باستخدام مصادر الطاقة المتجددة. وتقدر السلطات الإسبانية أنها ستتمتع بالقدرة على نقل ما يصل إلى مليوني طن متري من الهيدروجين الأخضر سنويًا، أي ما يعادل 10% من إجمالي استهلاك الاتحاد الأوروبي.
• وفي عام 2022، وافقت مفوضية الاتحاد الأوروبي على 5.2 مليار يورو من التمويل العام للاتحاد الأوروبي لمشاريع الهيدروجين

ما هو الطريق إلى الأمام بالنسبة للهيدروجين الأخضر؟

هناك اهتمام عالمي متزايد بالهيدروجين الأخضر كحل حاسم لتحقيق تحول الطاقة نحو انبعاثات صفرية أو صافية صفر. على عكس الفترات السابقة من الاهتمام بالهيدروجين، تتمحور هذه الموجة الجديدة في المقام الأول حول إنشاء اتصال بين الكهرباء المتجددة والتطبيقات التي تمثل تحديًا للكهرباء.

تساهم عدة عوامل في الزخم المتزايد لاعتماد الهيدروجين الأخضر، بما في ذلك:

• إن انخفاض تكاليف الكهرباء المتجددة يجعلها مصدر طاقة ميسور التكلفة لإنتاج الهيدروجين الأخضر
• التقدم في التقنيات ذات الصلة، مما يدل على زيادة النضج والكفاءة
• فوائد المرونة لأنظمة الطاقة، حيث يمكن للهيدروجين الأخضر أن يكون بمثابة حامل طاقة مرن لتحقيق التوازن بين توليد الطاقة المتجددة المتقلبة
• الالتزامات والتعهدات الوطنية لتحقيق صافي انبعاثات صفرية، مما يزيد الطلب على حلول الطاقة النظيفة مثل الهيدروجين الأخضر
• قاعدة أوسع من أصحاب المصلحة الذين يعبرون عن اهتمامهم ودعمهم، بما في ذلك الحكومات والصناعات والمجتمعات

على الرغم من الاهتمام المتزايد بالهيدروجين الأخضر، إلا أن هناك العديد من العوائق التي تعيق قدرته على دفع تحول الطاقة. ويكمن التحدي الأساسي في التكلفة المرتفعة نسبيا للهيدروجين الأخضر مقارنة بالهيدروجين الرمادي وبدائل الوقود الأحفوري. وتشمل العوائق الإضافية الافتقار إلى البنية التحتية المخصصة، والاعتراف غير الكافي بقيمتها من حيث الحد من انبعاثات غازات الدفيئة، والعقبات المرتبطة بتطوير صناعة ناشئة.

وبينما اكتسب قطاع الهيدروجين اهتمامًا حكوميًا، فإن المزيد من الدعم السياسي المخصص يعد أمرًا بالغ الأهمية لضمان جاهزية التكنولوجيا وتغلغلها ونموها في السوق. تلعب استراتيجيات الهيدروجين الوطنية دورًا حيويًا في تحديد مستوى طموح الدولة فيما يتعلق بالهيدروجين وتحديد الدعم اللازم لتحقيق تلك الأهداف. وتعد هذه الاستراتيجيات بمثابة نقطة مرجعية للجهات الفاعلة في القطاع الخاص في صناعة الهيدروجين، مما يحفز زيادة التمويل والاستثمار. وينبغي للاستراتيجيات الوطنية الفعالة أن توفر خريطة طريق واضحة لتوسيع نطاق اعتماد الهيدروجين.

وتشمل السياسات التمكينية تدابير تشمل الاقتصاد بأكمله تهدف إلى خلق بيئة عادلة ومنصفة لكل من الهيدروجين والوقود الأحفوري. تم تصميم هذه السياسات لتمكين الجهات الفاعلة في مجال الهيدروجين من المساهمة بقيمة في نظام الطاقة والأنظمة الاقتصادية والاجتماعية الأوسع. ومن خلال تنفيذ مثل هذه السياسات، فإن الهدف هو إنشاء ساحة لعب متكافئة تدعم دمج الهيدروجين في مختلف القطاعات وتعزز فوائده الشاملة.