روشهاي «ذخيرهسازي هيدروژن» براي انرژي آينده
پژوهشگران ايراني در مطالعهاي جديد، اهميت ذخيرهسازي هيدروژن را در زنجيره انرژي پاك بررسي كردهاند؛ موضوعي كه از توليد و انتقال انرژي تا مصرف نهايي، ميتواند بر شكلگيري زيرساختهاي آينده جهان اثرگذار باشد.
پژوهشگران ايراني در مطالعهاي جديد، اهميت ذخيرهسازي هيدروژن را در زنجيره انرژي پاك بررسي كردهاند؛ موضوعي كه از توليد و انتقال انرژي تا مصرف نهايي، ميتواند بر شكلگيري زيرساختهاي آينده جهان اثرگذار باشد.
به گزارش ايسنا، هيدروژن در سالهاي اخير به يكي از مهمترين گزينهها براي ساختن نظامهاي انرژي پاكتر تبديل شده است. دليل اين توجه آن است كه هيدروژن ميتواند به عنوان يك «حامل انرژي» عمل كند؛ يعني خودش منبع اصلي انرژي نيست، بلكه انرژي توليدشده از منابع ديگر را در خود نگه ميدارد و بعد در زمان و مكان مناسب در اختيار مصرفكننده قرار ميدهد. اين ويژگي بهويژه زماني اهميت پيدا ميكند كه صحبت از انرژيهاي تجديدپذير مانند خورشيد، باد و برقآبي باشد، زيرا اين منابع هميشه بهصورت يكنواخت در دسترس نيستند و توليد آنها از نوسانهاي روزانه و فصلي تأثير ميپذيرد. در چنين شرايطي، تبديل بخشي از اين انرژي به هيدروژن ميتواند راهي براي ذخيره و استفاده دوباره از آن باشد. به همين دليل، هيدروژن در بحث كاهش انتشار گازهاي گلخانهاي و كمكردن وابستگي به سوختهاي فسيلي جايگاهي مهم پيدا كرده است.
با اين حال، مساله فقط توليد هيدروژن نيست، بلكه ذخيرهسازي آن نيز يك چالش اساسي به شمار ميرود. هيدروژن با وجود آنكه از نظر وزني انرژي بسيار بالايي دارد، از نظر حجمي چگالي انرژي پاييني دارد؛ به زبان ساده، براي نگهداري مقدار قابل توجهي از آن بايد شرايط ويژهاي فراهم شود. مايعكردن هيدروژن هزينهبر است و نگهداري آن در اين حالت نيز به فناوريهاي خاص نياز دارد. از طرف ديگر، ويژگيهايي مانند اندازه بسيار كوچك مولكول، نفوذپذيري بالا، وزن مولكولي كم و دانسيته پايين باعث ميشود انتقال و ذخيرهسازي آن ساده نباشد. همين خصوصيات ميتواند استفاده از برخي مواد و خطوط لوله را محدود كند و حتي نياز به بازسازي يا تغيير كاربري زيرساختهاي موجود را به وجود آورد. بنابراين اگر قرار باشد هيدروژن در آينده سهمي جدي در تأمين انرژي داشته باشد، بايد براي ذخيرهسازي، انتقال و توزيع آن راهحلهاي قابل اتكا، ايمن و اقتصادي پيدا شود
در همين زمينه، نگار شاهدعلي، محقق دانشكده مهندسي شيمي و نفت دانشگاه تبريز، به همراه دو همكار همدانشگاهي خود، پژوهشي درباره شيوههاي مختلف ذخيرهسازي هيدروژن انجام دادهاند. اين پژوهش كه بر مرور روشهاي نگهداري اين حامل انرژي تمركز دارد، تلاش كرده تصويري روشن و ساده از گزينههاي موجود، مزايا، محدوديتها و مسيرهاي پيشروي اين حوزه ارايه دهد. اهميت اين كار از آن جهت است كه ذخيرهسازي، يكي از حلقههاي اصلي در زنجيره ارزش هيدروژن به شمار ميرود و بدون حل آن، استفاده گسترده از هيدروژن در صنعت، حملونقل، توليد برق و گرمايش با دشواري روبرو خواهد شد. روش انجام اين پژوهش از نوع مطالعه مروري بوده است. در مطالعات مروري، پژوهشگران بهجاي انجام يك آزمايش يا نمونهگيري ميداني تازه، مجموعهاي از يافتهها، تجربهها و گزارشهاي علمي موجود را كنار هم ميگذارند و آنها را بهصورت منظم بررسي ميكنند. در اين مطالعه نيز تمركز اصلي بر ذخيرهسازي زيرزميني هيدروژن بوده و در كنار آن، رويكردهاي پيشرو در اين فناوري مرور شده است. چنين روشي كمك ميكند وضعيت فعلي دانش در يك موضوع مشخص شود، مزايا و چالشهاي هر روش بهتر ديده شود و زمينه براي تصميمگيريهاي بعدي در حوزه فناوري و زيرساخت فراهمآيد. به بيان ساده، اين پژوهش كوشيده است نقشهاي كلي از روشهاي ذخيرهسازي هيدروژن و موانع پيش روي آن ترسيم كند. يافتههاي اين بررسي نشان ميدهند هيدروژن ميتواند در كربنزدايي از سيستم انرژي جهاني نقشي اساسي داشته باشد و در بخشهايي مانند صنعت، توليد برق، حملونقل و گرمايش به جايگزيني سوختهاي فسيلي كمك كند. اما براي تحقق اين هدف، فقط ارزانتر شدن توليد هيدروژن كافي نيست و بايد زيرساختهاي مناسب براي ذخيرهسازي، انتقال و توزيع آن نيز شكل بگيرد. بر اساس اين پژوهش، ذخيرهسازي هيدروژن بهطور كلي در دو دسته اصلي قرار ميگيرد: روشهاي فيزيكي و روشهاي مبتني بر مواد.
در روشهاي فيزيكي، هيدروژن بهصورت گاز فشرده، مايع يا فوقبحراني نگهداري ميشود. در مقابل، در روشهاي مبتني بر مواد، هيدروژن با كمك موادي مانند حاملهاي آلي مايع، هيدريدهاي فلزي يا برخي سوختهاي توانزا ذخيره ميشود. همچنين ذخيرهسازي زيرزميني هيدروژن نيز به عنوان يك گزينه اميدواركننده مطرح شده است، هرچند تجربه عملي در اين زمينه هنوز محدود است. اين بررسي همچنين تأكيد ميكند كه در كنار ظرفيت بالاي هيدروژن براي پشتيباني از انرژيهاي تجديدپذير، چالشهاي مهمي مانند ايمني، بهينهسازي زيرساختها و مديريت هزينهها همچنان پابرجاست.
مجريان اين تحقيق ميگويند هنوز يك شكل واحد از هيدروژن نتوانسته بر كل زنجيره ارزش آن غلبه كند. دليل اين موضوع آن است كه نيازها بسيار متفاوتاند: مقدار ذخيرهسازي، مدت نگهداري، فاصله حملونقل، حجم انتقال و نوع مصرف نهايي، همگي بر انتخاب روش مناسب اثر ميگذارند. به همين علت، ممكن است براي كاربردهاي مختلف، زيرساختهاي متفاوتي لازم باشد. براي مثال، در برخي موارد هيدروژن خالص بهصورت گازي يا مايع ترجيح داده ميشود، بهويژه وقتي سامانههايي مانند سلولهاي سوختي در ميان باشد، زيرا اين سامانهها به آلودگيهاي گازي بسيار حساس هستند. همچنين در انتقال حجم زياد هيدروژن گازي در مسافتهاي طولاني، خط لوله ميتواند از نظر اقتصادي مناسبترين گزينه باشد، هرچند ساخت آن سرمايهگذاري اوليه بالايي ميخواهد.
اين پژوهش همچنين توضيح ميدهد كه براي ذخيرهسازي ميانمدت و بلندمدت، فناوريهاي مبتني بر مواد ميتوانند به دليل چگالي حجمي بيشتر، پايداري شيميايي بهتر و ايمني بالاتر، گزينههاي مطلوبتري باشند. در صورتي كه مشكل آزادسازي انرژيبر هيدروژن از اين مواد برطرف شود، آمونياك، حاملهاي آلي هيدروژن و حتي هيدروژن مايع ميتوانند براي حملونقل در مسافتهاي طولاني بسيار اميدواركننده باشند. در مورد هيدريدهاي فلزي نيز مانع اصلي، دشواريهاي مربوط به ترموديناميك و سينتيك فرايند جذب و آزادسازي هيدروژن است؛ يعني هم شرايط انجام واكنشها چندان ايدهآل نيست و هم سرعت آنها هنوز براي استفاده گسترده مناسب نشده است. بر همين اساس، پژوهش بر لزوم توسعه مواد نوين، كاهش هزينه ساخت مخازن فشار بالا، بهبود عايقبندي مخازن هيدروژن مايع و همچنين تدوين و بوميسازي استانداردهاي ايمني تأكيد ميكند؛ زيرا بدون جلب اعتماد عمومي و تضمين ايمني، توسعه اين فناوريها دشوار خواهد بود.
اين نتايج علمي در «فصلنامه مهندسي گاز ايران» منتشر شدهاند؛ نشريهاي وابسته به انجمن مهندسي گاز ايران كه به انتشار پژوهشهاي تخصصي مرتبط با فناوريها، زيرساختها و مسائل فني حوزه گاز و انرژي ميپردازد.
