يعتبر الهيدروجين بديلاً نظيفًا للوقود الأحفوري لأنه لا ينبعث منه أي غازات دفيئة أو ملوثات. ومع ذلك ، فإن إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع وتطبيقه في مختلف القطاعات مهمة طويلة وصعبة. قم بالتمرير لأسفل للتعرف على سوق طاقة الهيدروجين وتطبيقاته المتنوعة والتوقعات المستقبلية.
جدول المحتويات
سوق توليد الهيدروجين العالمي
استخدامات الهيدروجين
مستقبل الهيدروجين
سوق توليد الهيدروجين العالمي
العالمي الهدرجة من المتوقع أن ينمو سوق التوليد بمعدل نمو سنوي مركب قدره 10.5% إلى 263.5 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2027. الطلب المتزايد على الهيدروجين لخلايا الوقود في المركبات الكهربائية والصواريخ في صناعة الطيران يدفع السوق إلى الأمام.
علاوة على ذلك ، عززت السياسات الاقتصادية التي تتعهد الدول بموجبها بتحقيق إزالة الكربون العالمية بحلول عام 2050 من نمو السوق. في عام 2020 ، أنشأ الاتحاد الأوروبي مركزًا فريدًا من نوعه الهدرجة السياسة التي تدعم مبادرات إنتاج الهيدروجين الأخضر.
يُقدر أن منطقة آسيا والمحيط الهادئ هي أكبر سوق لـ الهدرجة جيل في عام 2022 ، مع احتلال الصين الحصة الأكبر. سيمنز إنرجي (ألمانيا) ، إنجي (فرنسا) ، وليند بي إل سي (إيرلندا) هم اللاعبون العالميون الرئيسيون في هذا المجال.
تغطي هذه المقالة كل ما يجب على المستثمرين معرفته عن الهيدروجين كمصدر للطاقة وتطبيقاته ومستقبله.
ما هو الهيدروجين؟
الهيدروجين غاز طبيعي وأحد أكثر العناصر الكيميائية وفرة ، حيث يمثل 75٪ من كتلة الكون. إنه بديل أكثر صداقة للبيئة للميثان. تحتوي كل المياه والحيوانات والنباتات والبشر الهدرجة ذرات. بينما يوجد في جميع الكائنات الحية تقريبًا ، فإن الهيدروجين كغاز نادر جدًا.
هيدروجين يمكن إنتاجها من مصادر مختلفة ، بما في ذلك الطاقة النووية والغاز الحيوي والغاز الطبيعي والطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. لكن التحدي الأكبر هو تسخير الهيدروجين كغاز على نطاق واسع لتغذية الشركات.
لماذا يعتبر الهيدروجين ضروريًا للمستقبل؟
لسنوات عديدة ، تم استخدام الغاز الطبيعي كوقود للتدفئة والكهرباء في المنازل والشركات. في الولايات المتحدة، 47% من المنازل تعتمد على الغاز الطبيعي و 36٪ على الكهرباء ، بينما 85٪ من الأسر في المملكة المتحدة تعتمد على الغاز.
الميثان هو المكون الأساسي للغاز الطبيعي المشتق من حقول النفط والغاز. استمرت الصناعات في استخدام الغاز الطبيعي لأنه متوفر بسهولة ، وفعال من حيث التكلفة ، وبديل أنظف للفحم ، وهو الوقود الأحفوري الأقذر الذي اعتمدت عليه العديد من البلدان تاريخيًا للتدفئة وتوليد الكهرباء.
عندما يتم حرق الغاز الطبيعي ، فإنه ينتج طاقة قيمة ؛ ومع ذلك ، فإنه ينبعث ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، مما يساهم في تغير المناخ. في المقابل ، لا يصدر الهيدروجين سوى بخار الماء كمنتج ثانوي.
كيف يختلف الهيدروجين الأخضر عن الهيدروجين الرمادي والأزرق؟
يتم إنتاج الهيدروجين الأزرق باستخدام موارد غير متجددة من خلال طريقتين مختلفتين. الطريقة الأكثر شيوعًا هي إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار ، والذي ينتج كميات كبيرة من الهيدروجين ويمثل معظم الإنتاج العالمي. يتم استخدام مصلح في هذه الطريقة لتفاعل البخار عند درجات حرارة وضغوط عالية مع الميثان ومحفز النيكل.
الطريقة الثانية هي إعادة التشكيل الحراري التلقائي ، حيث يتفاعل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون أو البخار مع الميثان لإنتاج الهيدروجين. عيب هاتين الطريقتين هو أنهما تحتويان على الكربون كمنتج ثانوي ، مما يستلزم احتجاز الكربون وتخزينه لاحتجاز هذا الكربون وتخزينه.
بدلاً من ذلك ، يمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين الأخضر باستخدام الكهرباء لتشغيل مُحَلِّل كهربي ، والذي يفصل الهيدروجين عن جزيئات الماء. ينتج عن هذا هيدروجين نقي ولا يطلق أي منتجات ثانوية. من المزايا الإضافية لاستخدام الكهرباء أنه يسمح بتحويل الكهرباء الزائدة إلى التحليل الكهربائي ، لذلك يتم استخدامه لإنتاج غاز الهيدروجين الذي يمكن تخزينه لمتطلبات الطاقة المستقبلية.
أخيرًا ، يتم إنتاج الهيدروجين الرمادي من الوقود الأحفوري ، وهو رخيص نسبيًا ، ويستخدم بشكل شائع في صناعة الأسمدة. لسوء الحظ ، مقابل كل 1 كجم من الهيدروجين الرمادي يتم إنتاجه ، يتم إطلاق 10 كجم من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. نتيجة لذلك ، يعتبر أقل أشكال الهيدروجين المتجددة.
استخدامات الهيدروجين
هيدروجين لديها مجموعة متنوعة من التطبيقات وتستخدم في العمليات الصناعية المختلفة. في الولايات المتحدة ، يستخدم كل الهيدروجين تقريبًا في تكرير البترول ومعالجة الأطعمة وإنتاج الأسمدة ومعالجة المعادن. تستخدم مصافي البترول في الدولة الهيدروجين لتقليل محتوى الكبريت في الوقود.
تستخدم لاستكشاف الفضاء الخارجي
تستخدم الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) الهيدروجين كوقود للصواريخ منذ الخمسينيات. كانت ناسا أول من قام بتشغيل الأنظمة الكهربائية للمركبات الفضائية بخلايا وقود الهيدروجين.
تولد خلايا وقود الهيدروجين الكهرباء
من خلال الجمع بين ذرات الأكسجين والهيدروجين ، الهدرجة خلايا الوقود تولد الكهرباء. مثل البطارية ، يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين في خلية كهروكيميائية لتوليد الكهرباء. هناك أنواع مختلفة من خلايا الوقود المتاحة لتطبيقات مختلفة.
يمكن لخلايا الوقود الصغيرة تشغيل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر. في المقابل ، يمكن لخلايا الوقود الكبيرة تشغيل الشبكات الكهربائية ، وتوفير الطاقة في حالات الطوارئ في المباني ، وتزويد الكهرباء في المناطق غير المتصلة بشبكات الطاقة.
اعتبارًا من عام 2021 ، كان هناك ما يقرب من 166 مولد طاقة كهربائية تعمل بخلايا الوقود في 113 منفذًا في الولايات المتحدة ، بسعة إجمالية تبلغ حوالي 260 ميجاوات (MW). مع قدرة توليد تبلغ حوالي 16 ميجاوات ، تعد خلية الوقود في بريدجبورت (كونيتيكت) أكبر منشأة لتوليد خلايا الوقود الفردية.
ثاني أكبر منشأة ، مركز ريد ليون للطاقة في ولاية ديلاوير ، لديها قدرة توليد كهرباء تبلغ 6 ميجاوات. تستخدم جميع خلايا الوقود العاملة هذه تقريبًا الغاز الطبيعي لخط الأنابيب كمصدر للهيدروجين ، بينما يستخدم البعض الآخر غاز مكب النفايات والغاز الحيوي.
تستخدم في محطات توليد الكهرباء
هناك اهتمام متزايد باستخدام الهدرجة في محطات توليد الطاقة في الولايات المتحدة. أعلنت العديد من محطات توليد الطاقة عن رغبتها في العمل على خليط وقود الغاز الطبيعي والهيدروجين في توربينات غاز الاحتراق. على سبيل المثال ، تخطط منشأة توليد الطاقة ذات 485 ميجاوات في لونج ريدج في ولاية أوهايو ، والتي تحتوي على توربين احتراق بالغاز يعمل على مزيج من الغاز الطبيعي بنسبة 95 ٪ / 5 ٪ من وقود الهيدروجين ، لاستخدام الهيدروجين الأخضر بنسبة 100 ٪ المنتج باستخدام موارد متجددة.
مثال آخر هو محطة Intermountain Power Agency في ولاية يوتا ، والتي تخطط لتحويل منشأة طاقة تعمل بالفحم إلى منشأة تعمل بالغاز المشترك والتي ستستخدم في البداية ما يصل إلى 30٪ من الهيدروجين وفي النهاية تستخدم 100٪ من الهيدروجين الأخضر.
تستخدم في المركبات
بموجب قانون سياسة الطاقة لعام 1992 ، الهدرجة يعتبر بديلاً لوقود المركبات. هناك اهتمام متزايد بالهيدروجين لأنه قادر على تشغيل خلايا الوقود في مركبات عديمة الانبعاثات ، ولديه القدرة على الكفاءة العالية ، ويفتخر بإمكانيات واعدة للإنتاج المحلي.
يمكن أن تكون خلية الوقود أكثر فاعلية بمرتين إلى ثلاث مرات من محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالوقود الأحفوري. يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين لتزويد محركات الاحتراق الداخلي بالوقود ، لكنه يطلق أكسيد النيتروجين.
المركبات التي تعمل بالوقود الهيدروجين أقل اليوم بسبب خلايا الوقود باهظة الثمن ، وهناك عدد محدود من محطات التزود بالوقود بالهيدروجين. هناك حوالي 48 محطة هيدروجين متوفرة في الولايات المتحدة ، وجميعها تقريبًا في ولاية كاليفورنيا.
البلدان التي تنتقل إلى اقتصاد الهيدروجين الأخضر
أستراليا: على الرغم من وجودها الضئيل في أسواق الهيدروجين الخضراء ، فقد تعاونت أستراليا مع منظمات مختلفة لتطوير مشاريع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح التي تعزز إنتاج الهيدروجين المتجدد.
كندا: تمتلك كندا قطاعًا مزدهرًا للهيدروجين وخلايا الوقود بفضل الشراكات والاستثمارات المشتركة من القطاعين الخاص والعام. يوجد أيضًا لاعبون عالميون في هذا القطاع ، مثل Ballard Power Systems و Hydrogenics ، في كندا.
الصين: مركبات الهيدروجين معفاة من الضرائب في هذا البلد ، ويعتبر الهيدروجين وسيلة محتملة لإزالة الكربون من النقل. علاوة على ذلك ، تعتبر ووهان مدينة الهيدروجين لأنها تخطط لفتح ما لا يقل عن 100 وقود محطات لمركبات خلايا الوقود بواسطة 2025.
اليابان: اليابان هي الرائدة عالميا في تصنيع خلايا وقود الهيدروجين بفضل مصنعي السيارات تويوتا وهوندا. الأمة حريصة أيضًا على التحول من الغاز الطبيعي المسال إلى الهيدروجين الأخضر.
مستقبل الهيدروجين
طلب الهيدروجين
على المدى القصير، الهدرجة سيتم استخدامها في القطاعات ذات الضغط المجتمعي لإزالة الكربون. تهتم شركات السلع الاستهلاكية في الاتحاد الأوروبي بشكل متزايد بمصادر الطاقة المتجددة.
من المتوقع أن يعمل الهيدروجين على إزالة الكربون من المواد الأولية الصناعية وتوليد الكهرباء في المستقبل القريب. على المدى الطويل ، سيسمح إنتاج الأمونيا والوقود الهيدروكربوني الاصطناعي المشتق من الهيدروجين بإزالة الكربون من أصعب القطاعات ، مثل الطيران.
إمدادات الهيدروجين
استخدام الهدرجة سيصبح أكثر شيوعًا فقط إذا انخفضت تكلفة الهيدروجين الأخضر بشكل كبير. من المرجح أن يستخدم الهيدروجين الأزرق لتلبية الطلب إذا كانت الأسعار مرتفعة على المدى القصير.
توزيع الهيدروجين
سيتم وضع نظام توزيع فعال لتزويد الهيدروجين ، بما في ذلك خط أنابيب وسفن وشاحنات متصلة جيدًا. لأن ملف الهدرجة لن يتم توزيع الشبكة على نطاق واسع مثل شبكة الغاز الطبيعي الحالية ، وسيكون توزيع الهيدروجين عبر الشاحنات ضروريًا. ستكون الواردات عبر خطوط الأنابيب والسفن حاسمة في تلبية الطلب المحلي.
نظرًا لارتفاع تكاليف النقل ، سيظل الهيدروجين المحلي المنتج من الكهرباء المتجددة منخفضة التكلفة قادرًا على المنافسة مقابل الهيدروجين المستورد. مع تزايد الطلب على الهيدروجين ، سيصبح الإنتاج المركزي عبر هيكل خط أنابيب للتخزين على نطاق واسع أكثر جاذبية.
منظور السياسة
من المرجح أن تقود أوروبا صناعة الهيدروجين ، وتفتح فرصًا جديدة في مناطق أخرى ، مثل إنتاج المحلل الكهربائي وخلايا الوقود في آسيا وتصدير الموارد المتجددة من الشرق الأوسط وأمريكا الشمالية.
يجب تخفيض تكلفة المحلل الكهربائي وخلايا الوقود لتزويد الهيدروجين على المدى القصير. ومع ذلك ، سيكون الهيدروجين دائمًا أغلى من الوقود الأحفوري ، مما يستلزم حوافز سياسية لتكون قادرة على المنافسة.
