روشهای «ذخیرهسازی هیدروژن» بهعنوان راهکارهایی برای تأمین انرژی آینده
به نقل از ایسنا، در سالهای اخیر، هیدروژن به عنوان یکی از گزینههای کلیدی برای ایجاد سیستمهای انرژی پاکتر شناخته شده است. دلیل این توجه این است که هیدروژن توانایی ایفای نقش به عنوان یک «حامل انرژی» را دارد؛ به عبارتی، خود هیدروژن منبع اصلی انرژی نیست، بلکه انرژی تولید شده از دیگر منابع را ذخیره کرده و در زمان و مکان مناسب به مصرفکننده عرضه مینماید. این قابلیت به ویژه زمانی اهمیت پیدا میکند که بحث انرژیهای تجدیدپذیر نظیر خورشید، باد و برقآبی مطرح شود، چرا که این منابع همواره به طور پیوسته در دسترس نیستند و تولید آنها تحت تأثیر نوسانات روزانه و فصلی قرار میگیرد. در چنین اوضاع، تبدیل بخشی از این انرژی به هیدروژن میتواند به عنوان روشی برای ذخیره و استفاده مجدد از آن جلوهگر شود. بنابراین، هیدروژن در عرصه کاهش گازهای گلخانهای و کم کردن وابستگی به سوختهای فسیلی اهمیت ویژهای یافته است.
اما مسئله تنها تولید هیدروژن نیست، بلکه ذخیره کردن آن نیز به چالشی اساسی بدل گردیده است. هیدروژن به رغم اینکه از نظر وزنی انرژی بالایی را داراست، از نظر حجمی دارای چگالی انرژی پایینی میباشد؛ به بیان سادهتر، برای نگهداری مقدار زیادی از آن، ایجاد شرایط خاص الزامی است. مایعکردن هیدروژن نیازمند هزینههای قابل توجهی است و نگهداری آن در این حالت نیز به فناوریهای خاصی نیازمند است. از سوی دیگر، ویژگیهایی چون اندازه کوچک مولکول، نفوذپذیری بالا، وزن مولکولی کم و چگالی پایین مانع از انتقال و ذخیرهسازی ساده آن میگردد. این خصوصیات میتوانند محدودیتهایی در استفاده از برخی مواد و خطوط لوله ایجاد کنند و حتی ممکن است نیاز به بازسازی یا تغییر کاربری زیرساختهای موجود را به وجود آورد. لذا اگر هیدروژن بخواهد در آینده سهمی واقعی در تأمین انرژی ایفا کند، باید برای ذخیره، انتقال و توزیع آن راهکارهای مطمئن، ایمن و اقتصادی شکل بگیرد.
در این راستا، نگار شاهدعلی، پژوهشگر دانشکده مهندسی شیمی و نفت دانشگاه تبریز، به همراه دو همکار خود، مطالعاتی را درباره روشهای مختلف ذخیرهسازی هیدروژن انجام دادهاند. این پژوهش که به مرور فرآیندهای نگهداری این حامل انرژی تمرکز دارد، در پی ارائه تصویری واضح و ساده از گزینههای موجود، مزایا، محدودیتها و مسیرهای پیشروی این حوزه است. اهمیت این مطالعه به این دلیل است که ذخیرهسازی به عنوان یکی از حلقههای کلیدی در زنجیره ارزش هیدروژن مورد توجه قرار میگیرد و بدون حل این چالش، استفاده گسترده از هیدروژن در صنعت، حملونقل، تولید برق و گرمایش با موانع زیادی مواجه خواهد شد.
روش تحقیق در این مطالعه از نوع بررسی مروری بوده است. در این نوع از مطالعات، پژوهشگران به جای انجام یک آزمایش یا نمونهگیری میدانی جدید، مجموعهای از یافتهها، تجربیات و گزارشهای علمی موجود را گردآوری کرده و به صورت منظم بررسی میکنند. در این پژوهش، تمرکز اصلی بر ذخیرهسازی زیرزمینی هیدروژن بوده و از سوی دیگر، رویکردهای پیشرفته در این فناوری نیز مرور شده است. این روش به مشخص شدن وضعیت کنونی دانش در یک موضوع خاص کمک میکند، مزایا و چالشهای هر روش بهوضوح دیده میشوند و زمینه برای تصمیمگیریهای بعدی در زمینه فناوری و زیرساخت فراهم میآید. به طور خلاصه، این تحقیق سعی دارد نقشهای کلی از روشهای ذخیرهسازی هیدروژن و موانع موجود به تصویر بکشد.
یافتههای این تحقیق نشان میدهند که هیدروژن میتواند نقش اساسی در کربنزدایی سیستم انرژی جهانی ایفا کند و در بخشهایی نظیر صنعت، تولید برق، حملونقل و گرمایش به عنوان جایگزینی برای سوختهای فسیلی عمل نماید. اما برای تحقق این هدف، ارزانتر شدن تولید هیدروژن به تنهایی کافی نیست؛ بلکه باید زیرساختهای المناسبة برای ذخیرهسازی، انتقال و توزیع آن نیز شکل بگیرد. بر پایه این پژوهش، ذخیرهسازی هیدروژن به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم میشود: روشهای فیزیکی و روشهای مبتنی بر مواد.
در روشهای فیزیکی، هیدروژن در شکل گاز فشرده، مایع یا فوقبحرانی ذخیره میگردد. به contrario، در روشهای مبتنی بر مواد، هیدروژن با استفاده از موادی نظیر حاملهای آلی مایع، هیدریدهای فلزی یا برخی سوختهای توانزا ذخیره میشود. همچنین، ذخیرهسازی زیرزمینی هیدروژن به عنوان یک گزینه امیدبخش مطرح شده است، هرچند تجربیات عملی در این زمینه هنوز محدود باقی مانده است. این تحقیق همچنین تأکید میکند که به همراه ظرفیت بالای هیدروژن برای حمایت از انرژیهای تجدیدپذیر، چالشهای مهمی مانند ایمنی، بهینهسازی زیرساختها و مدیریت هزینهها همچنان باقی است.
پژوهشگران این تحقیق بیان میدارند که هنوز هیچ فرم واحدی از هیدروژن نتوانسته بر تمامی زنجیره ارزش آن تسلط یابد. علت این امر تنوع نیازها میباشد: میزان ذخیرهسازی، مدت زمان نگهداری، فاصله حمل و نقل، حجم انتقال و نوع مصرف نهایی همگی بر انتخاب روش مناسب تأثیر میگذارند. به همین خاطر، ممکن است برای کاربردهای گوناگون، زیرساختهای متفاوتی مورد نیاز باشد. به عنوان مثال، در برخی مواقع، هیدروژن خالص به شکل گازی یا مایع ترجیح داده میشود، بهویژه زمانی که سامانههایی مانند سلولهای سوختی در جریان هستند، زیرا این سامانهها نسبت به آلودگیهای گازی بسیار حساس هستند. همچنین، در انتقال مقادیر زیاد هیدروژن گازی در فواصل طولانی، خطوط لوله ممکن است از لحاظ اقتصادی بهترین گزینه باشد، گرچه ساخت آن نیاز به سرمایهگذاری اولیه بالایی دارد.
این پژوهش همچنین توضیح میدهد که برای ذخیرهسازی در میانمدت و بلندمدت، فناوریهای مبتنی بر مواد به دلیل چگالی حجمی بیشتر، پایداری شیمیایی بهبود یافته و ایمنی بالاتر، گزینههای بهتری تلقی میشوند. در صورتی که مشکل آزادسازی انرژیبر هیدروژن از این مواد حل شود، آمونیاک، حاملهای آلی هیدروژن و حتی هیدروژن مایع ممکن است به عنوان گزینههای امیدبخش برای حملونقل در فواصل طولانی مطرح شوند. در مورد هیدریدهای فلزی، مانع اصلی مربوط به چالشهای ترمودینامیکی و سینتیکی در فرآیند جذب و آزادسازی هیدروژن میباشد؛ به عبارت دیگر، شرایط انجام واکنشها چندان ایدهآل نیست و سرعت آنها هنوز برای استفاده وسیع مناسب نشده است. بر همین اساس، تحقیق بر ضرورت توسعه مواد نوینی، کاهش هزینه ساخت مخازن فشار بالا، بهبود عایقبندی مخازن هیدروژن مایع و همچنین تدوین و بومیسازی استانداردهای ایمنی تأکید میکند؛ زیرا بدون جلب اعتماد عمومی و تضمین ایمنی، پیشرفت در این فناوریها به سختی میسر خواهد بود.
این یافتههای علمی در «فصلنامه مهندسی گاز ایران» به چاپ رسیدهاند؛ نشریهای که تحت نظر انجمن مهندسی گاز ایران به انتشار پژوهشهای تخصصی در زمینه فناوریها، زیرساختها و مسائل فنی مرتبط با گاز و انرژی میپردازد.
انتهای پیام