تأثیر منفی هیدروژن آبی بر تغییرات اقلیمی، بیشتر از زغال‌سنگ است

شرکت‌ها و تأسیسات گاز در موقعیت سختی گیر کرده‌اند. کل مدل تجاری آن‌ها متکی بر استخراج، حمل‌و‌نقل و احتراق متان است که یکی از قوی‌ترین گازهای گلخانه‌ای شناخته‌شده برای بشر محسوب می‌شود. درحالی‌که کشورهای زیادی قصد دارند تا سال ۲۰۵۰ به انتشارات خالص صفر برسند، این شرکت‌ها با آینده‌ای نامشخص رو‌به‌رو هستند.

یکی از راه‌حل‌های پیشنهادی این بوده است که از خطوط توزیع خود برای هیدروژن استفاده و به‌طور جزئی یا کامل آن را جایگزین گاز طبیعی کنند؛ به‌طوری‌که مردم بتوانند آن را برای گرم کردن خانه‌ها یا تولید برق بسوزانند.

هنگامی که هیدروژن با استفاده از انرژی باد و خورشید تولید شود، سوختی با نشر کربن صفر است و درحالی‌که اصلاح زیرساخت‌های گاز طبیعی گران خواهد بود، این کار به تأسیساتی که فقط متکی بر گاز هستند، دلیلی برای ماندن می‌دهد. مشکل این است که تولید هیدروژن سبز گران تمام می‌شود و طبق پیش‌بینی‌ها به مدت یک دهه یا بیشتر به همین شکل گران باقی خواهد ماند. در این راستا، شرکت‌های گاز و نفت برای اینکه برای خودشان وقت بخرند، تولید هیدروژن از گاز طبیعی را پیشنهاد کرده‌اند.

خودروی پلیس هیوندای نکسو در جایگاه سوخت‌گیری هیدروژن در نیدرزاکسن آلمان

در حال‌ حاضر هیدروژن عمدتاً با قرار دادن گاز طبیعی در معرض حرارت، فشار و بخار شدید تولید می‌شود و کربن‌ دی‌اکسید یکی از محصولات جانبی این فرایند است. در مورد هیدروژن خاکستری، تمام این کربن‌ دی‌اکسید وارد اتمسفر می‌شود؛ اما در هیدروژن آبی، تأسیسات کربن‌ دی‌اکسید را جذب می‌کنند و آن را می‌فروشند یا در اعماق زمین ذخیره می‌کنند.

برخی هیدروژن آبی را به‌عنوان سوختی می‌بینند که راهی برای ایجاد اقتصاد هیدروژن در زمان انتظار برای کاهش قیمت هیدروژن سبز است. در همین حین، تصور می‌شود هیدروژن آبی در مقایسه با هیدروژن خاکستری، گاز طبیعی یا دیگر منابع سوختی با کربن بالا، آلایندگی کمتری داشته باشد؛ اما بر اساس مطالعه‌ی جدید، نشر کربن هیدروژن آبی ممکن است اصلا کم‌ نباشد. در واقع طبق این مطالعه، اگر به‌ جای آن زغال‌سنگ بسوزانیم، ممکن است برای اقلیم بهتر باشد.

اساسا دو روش برای تولید هیدروژن آبی وجود دارد و هر دو متکی بر اصلاح بخار هستند؛ یعنی فرایند استفاده از حرارت، فشار و بخار که متان و آب را برای تولید هیدروژن و کربن‌ دی‌اکسید وارد واکنش می‌کند. در هر دو روش، کربن‌ دی‌اکسید حاصل از اصلاح بخار جداسازی و ذخیره یا استفاده می‌شود. تفاوت دو روش آن است که کربن‌ دی‌اکسید از مولدهایی که انرژی مورد نیاز فرایندهای اصلاح بخار و جذب کربن را تأمین می‌کنند، گرفته می‌شود یا نه.

وقتی همه را با هم جمع کنید، گرفتن کربن از تمام قسمت‌های فرایند (اصلاح بخار، تأمین انرژی و جداسازی کربن) در مقایسه‌ با فقط گرفتن کربن از فرایند اصلاح بخار، فقط ۳ درصد از انتشارات گازهای گلخانه‌ای را حذف می‌کند. طبق نتایج مطالعه، هیدروژن آبی با پایین‌ترین کربن دارای انتشاراتی بود که فقط ۱۲ درصد پایین‌تر از انتشارات حاصل از هیدروژن خاکستری است.

نقطه‌ضعف هیدروژن آبی متانی است که برای تولید آن استفاده می‌شود. متان جزء اصلی گاز طبیعی است و نسبت‌ به نفت یا زغال‌سنگ تمیزتر می‌سوزد؛ اما گاز گلخانه‌ای قدرتمندی است. در طول ۲۰ سال، یک تن متان در مقایسه‌ با یک تن کربن‌ دی‌اکسید، اتمسفر را ۸۶ برابر گرم‌تر می‌کند. این بدان معنا است که نشت گاز طی زنجیره تأمین بسیاری از مزیت‌های اقلیمی متان را خنثی خواهد کرد.

مقایسه‌ی انتشار کربن حاصل از هیدروژن خاکستری، هیدروژن آبی با جذب جزئی کربن، هیدروژن آبی با جذب کربن کامل‌تر، گاز طبیعی، نفت دیزل و زغال‌سنگ که برای گرما سوزانده می‌شوند. انتشار کربن حاصل از تولید، فرایند و حمل‌و‌نقل سوخت‌ها به رنگ نارنجی و انتشار کربن حاصل از متان سوزانده‌نشده فرار به رنگی قرمز نشان داده شده است.

هرکسی که در منطقه‌ای زندگی می‌کند که خطوط لوله قدیمی دارد، با واقعیت تأسف‌بار نشت گاز آشنا است. متان مولکول کوچکی است و به‌راحتی در شکاف‌های سیستم رخنه می‌کند. چاه‌های گاز و تأسیسات فرآوری نیز نشتی زیادی دارند. همه‌ی این موارد را با هم جمع کنید و می‌بینید که بسته به محل و روش اندازه‌گیری، بین ۱ تا ۸ درصد از تمام متانِ مرتبط با انرژی، وارد اتمسفر می‌شود.

رابرت هوارث‌ و مارک جاکوبسن نویسندگان مقاله جدید که از دانشمندان برجسته علم اقلیم‌شناسی هستند، مقدار نشت متان را ۳٫۵ درصد از مصرف فرض می‌کنند. آن‌ها با مرور ۲۱ مطالعه که انتشارات میدان‌های گاز، خطوط لوله و تأسیسات ذخیره‌سازی را با استفاده از ماهواره‌ها یا هواپیما بررسی کرده بودند، به این عدد رسیدند.

هوارث‌ و جاکوبسن برای اینکه بینند که نرخ ۳٫۵ درصدی آن‌ها چگونه روی نتایج اثر دارد، مدل‌های خود را با در نظر گرفتن نشت ۱٫۵۴، ۲٫۵۴ و ۴٫۳ درصد نیز اجرا کردند که سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا در شرایط مختلف برآورد کرده است؛ اما صرف‌نظر از نرخ نشتی که آن‌ها در مدل‌های خود استفاده کردند، تولید هیدروژن آبی بیشتر از سوزاندن گاز طبیعی معادل‌، گاز گلخانه‌ای تولید کرد. در نرخ نشتی ۳٫۵ درصد، هیدروژن آبی بدتر از سوزاندن زغال‌سنگ برای اقلیم بود. پژوهشگران در مقاله‌ی خود نوشتند:

انتشار کربن‌ دی‌اکسید و متان برای هیدروژن خاکستری و هیدروژن آبی (گازهای دودکش خروجی برای جذب کربن تصفیه شوند یا نه) بیشتر از انتشارات حاصل از هریک از سوخت‌‌های فسیلی است. متان در این انتشارات گازی سهم بزرگی دارد و انتشارات متان حاصل از هم هیدروژن خاکستری و هم هیدروژن آبی بیشتر از انتشارات هریک از سوخت‌های فسیلی است.

مطالعه‌ی جدید همچنین برخی از برنامه‌ها را برای تغییر حمل‌و‌نقل به هیدروژن مورد تردید قرار می‌دهد. بخش‌هایی مانند حمل‌و‌نقل هوایی ممکن است درنهایت برای برخی مسیرها به هیدروژن نیاز داشته باشند؛ اما اتومبیل‌ها و کامیون‌ها که بسیاری از کشورها می‌گویند باید تا سال ۲۰۳۵ یا زودتر، به آلایندگی صفر برسند، برای توجیه تغییر به هیدروژن به جای برقی‌سازی مستقیم مشکل خواهند داشت. شرکت‌هایی مانند تویوتا که روی هیدروژن حساب باز کرده‌اند نیز در وضعیت سختی قرار خواهند گرفت.

البته تمام انواع هیدروژن با این مشکل همراه نیست. هیدروژن سبز که با تجزیه آب با استفاده از انرژی باد یا خورشید تولید می‌شود، این مشکلات نشر کربن را ندارد؛ اما این نوع هیدروژن نمی‌تواند از زیرساخت‌های موجود شرکت‌های گاز و نفت استفاده کند؛ بنابراین، درحالی‌که مطالعه‌ی جدید هیدروژن آبی را به‌شدت مورد انتقاد قرار می‌دهد، بعید است تیر خلاصی بر این نوع سوخت باشد.

این مطالعه در مجله‌ی Energy Science & Engineering منتشر شده است.