سيلعب الهيدروجين دورًا لا غنى عنه في نظام طاقة خالٍ من الكربون في المستقبل، وفقًا لجميع المعنيين تقريبًا بهذا الأمر. لكن السيناريوهات التي تظهر حصتها في الطاقة النهائية في عام 2050 تختلف اختلافًا كبيرًا. تقول الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) 12٪، في حين يتحدث مجلس الهيدروجين ومقره بروكسل عن 18٪، بينما الهدف المعلن للاتحاد الأوروبي هو 24٪.

مهما كانت النتيجة النهائية، يتفق مراقبو الصناعة الآن إلى حد كبير على وجود مجالين حيث يجب أن تنخفض التكاليف حتى يتقدم الهيدروجين الخالي من الكربون. يجب أن تستمر تكلفة الطاقة المتجددة، التي كانت بالفعل موضوع تخفيضات ملحوظة في العقد الماضي، في الانخفاض. وتكلفة التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين، والتي تشمل الأجهزة الأساسية للهيدروجين الأخضر، المحلل الكهربائي، يجب أن تتبع مسارًا مشابهًا للأسفل.

يرى الكثير أن كلاهما على وشك الحدوث. في الواقع، يرتبط الاثنان ارتباطًا وثيقًا، مع حساب تكاليف التشغيل وتكلفة رأس المال في التكلفة الإجمالية لتشغيل المحلل الكهربائي. من المتوقع أن يستمر انخفاض أسعار الطاقة المتجددة، مع تسريع نشر مصادر الطاقة المتجددة في الشبكات. لكن يجب أن تنخفض أيضًا تكاليف رأس المال، حيث يتم تصنيع معدات التحليل الكهربائي بسرعة أكبر وبتكلفة أقل.

في حين أن سعر الطاقة الشمسية الكهروضوئية قد انخفض بنسبة 90٪ تقريبًا في السنوات العشر الماضية، إلا أنه يحتاج إلى مزيد من الانخفاض ويبدو أن الحكومات مصممة على المساعدة. على سبيل المثال، في مارس، أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) عن هدفها المتمثل في انخفاض تكلفة الطاقة الشمسية على مستوى المرافق بأكثر من النصف في 10 سنوات، من التكلفة الحالية البالغة 4.6 سنت لكل كيلوواط\ساعة (kWh) إلى 3 سنت\كيلوواط ساعة بحلول عام 2025 و2 سنت\كيلوواط ساعة بحلول عام 2030. أعلنت وزارة الطاقة عن مجموعة من مشاريع البحث والتطوير ورأس المال الأولي لتحسين الخلايا الكهروضوئية (البيروفسكايت والأغشية الرقيقة) والطاقة الشمسية المركزة (CSP) لتحقيق كفاءات أعلى وخفض التكاليف.

كما أن تكلفة تقنية التحليل الكهربائي آخذة في الانخفاض أيضًا، مع تحسينات في التصميم لزيادة الكفاءة. يتم نشر وحدات قلوية محسّنة حتى في الوقت الذي يتجه فيه المشترون بشكل متزايد إلى محللات كهربائية ذات غشاء تبادل البروتون (PEM) بكفاءة أعلى. وفي الوقت نفسه، تتقدم التكنولوجيا لخلايا المحلل الكهربائي للأكسيد الصلب (SOEC)، والتي تعد بتحقيق كفاءة عالية جدًا من مدخلات الحرارة العالية، من مصادر الحرارة الصناعية، وربما من المفاعلات النووية.

والسؤال المطروح الآن هو ما إذا كان التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين يمكن أن يتبع منحنى التكلفة التنازلي العرضي الذي اتبعته الطاقة الشمسية الكهروضوئية على مدى السنوات العشر الماضية. سيكون من الأهمية بمكان الاستمرار في خفض التكلفة، حيث سيتعين على الهيدروجين الإلكتروليتي التنافس مع “الهيدروجين الأزرق” المنتج مع الغاز الطبيعي واحتجاز الكربون، والذي أصبح الآن أقل تكلفة. سيؤدي النجاح إلى التبني المأمول على نطاق واسع لما أطلق عليه المدافعون “الكأس المقدسة” للهيدروجين، وهو الهيدروجين الإلكتروليتي المنتج بالكهرباء المتجددة (أي الهيدروجين “الأخضر”).

زيادة

الاعتقاد السائد اليوم هو أن الهيدروجين الخالي من الكربون سيبدأ في التطبيقات الصناعية، في التجمعات الصناعية الكبرى، أولاً على شكل اللون الأزرق، ولاحقًا على شكل اللون الأخضر. بالنسبة للمحللات الكهربائية الخضراء، تعتبر المحلل الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية ويستمر تصنيعها على نطاق صغير مع الكثير من الحرفية اليدوية، حتى من قبل الشركات المصنعة الكبرى. ومع ذلك، يخطط المصنعون العالميون للتوسع من أجل خفض التكلفة.

كان هذا واضحًا في حلقات النقاش في مؤتمر الشرق الأوسط للطاقة (Middle East Energy Online 2021) الأخير، الذي نظمته إنفورما ماركيتس (Informa Markets)، والذي شارك خلاله اللاعبون الرئيسيون في الصناعة أفكارهم حول خططهم للإنتاج.

اللاعب الرئيسي الذي يجب مراقبته هو شركة تيسين كروب الألمانية الصناعية العملاقة، والتي بصفتها صانع صلب ومنتج للهيدروجين ترى سؤال الهيدروجين من وجهة نظر كل من المنتج والمستخدم.

وحدة التحليل الكهربائي للمياه القلوية القياسية للشركة هي وحدة 20 ميغاوات، والتي تنتج ما يقرب من 4000 متر مكعب من الهيدروجين في الساعة. هذه الوحدة هي لبنة البناء الحالية للشركة لإنتاج الهيدروجين، بحيث تتطلب وحدة 100 ميغاوات مزيجًا من 5 كتل. يمكنه الاستمرار في البناء من هناك. على سبيل المثال، لتحقيق 2.2 غيغاواط من قدرة التحليل الكهربائي للمشروع العملاق في نيوم، ستحتاج الشركة إلى تجميع 110 بلوكات.

قال مالكولم كوك، نائب الرئيس لتطوير الأعمال في تيسين كروب: “لقد خفضنا التكلفة وزدنا حجم وحدتنا الأساسية إلى 20 ميغاوات”. وقال: “يتجه تركيزنا الآن من سلسلة التصنيع الحالية التي تبلغ 1 غيغاوات إلى الإنتاج السنوي 5 غيغاوات”.

إن زيادة إنتاج الشركة للمحلل الكهربائي ليس وفقًا لجدول زمني صارم وسيحدث عند وصول الطلبات. لكن كوك يقول إن الشركة مستعدة للاستثمار في زيادة الإنتاج.

لاعب رئيسي آخر في هذا المجال هو شركة كومينز الأمريكية لصناعة المحركات، والتي وسعت بشكل كبير من قدراتها في إنتاج الهيدروجين قبل عامين عندما استحوذت على شركة هيدروجينيكس (Hydrogenics) ومقرها كندا (مع احتفاظ شركة Air Liquide الفرنسية بملكية جزئية). أعطى الاستحواذ لشركة كمينز (Cummins) خبرة جديدة في كل من خلايا وقود الهيدروجين والتحليل الكهربائي، مما جعلها في وضع أفضل للعمل المتعلق بنقل الطاقة. منذ ذلك الحين، شاركت كمينز في مجموعة من مشاريع الهيدروجين الأخضر الصغيرة الحجم.

قال دينيس توماس، رئيس تطوير الأعمال العالمية للمحلل الكهربائي في شركة كمينز: “فيما يتعلق بحجم المشروع، بينما كان 10 ميغاوات هدفًا قبل عامين، لدينا بالفعل محلل كهربائي بقدرة 20 ميجاوات يعمل اليوم في كندا”. وأضاف: “الخطوة المنطقية التالية هي المشاريع في نطاق 100-500 ميجاوات، والتي ستكون بمثابة نقطة انطلاق لمشاريع كبيرة جدًا في نطاق جيجاوات”.

قال توماس: “السؤال الرئيسي هو التوقيت لأننا نزيد من القدرة التصنيعية، لكن ليس من المنطقي وضع كل القدرات في مكانها لأن الكثير من مشاريع (الهيدروجين) في مرحلة التطوير. نحن اليوم على ما يرام مع المشاريع التي تصل إلى 500 ميغاوات.”

أوضح توماس أنه في هذه المرحلة، لن يحتاج العملاء على الأرجح إلى قدرة تحليل كهربائي 1 غيغاواط في كتلة واحدة. بدلا من ذلك، سوف يقومون بتطوير معظم المشاريع على مراحل مع المرحلة الأولى التي تتطلب قدرة 100-200 ميغاواط. ومع ذلك، من الواضح أن طموح شركة كمينز هو الوصول إلى مستوى غيغا واط من الطاقة الإنتاجية، ربما حوالي عام 2025، كما أكد.

ومن بين اللاعبين الكبار الآخرين الذين يهدفون إلى الارتقاء إلى مستوى التصنيع على نطاق غيغاوات، الشركة البريطانية آي تي إم للطاقة (ITM Power)، التي لا تزال في المراحل الأولى من التخطيط لإنشاء مصنع جديد كبير للمحلل الكهربائي. شركة أخرى هي شركة نيل أسا (Nel ASA) النرويجية، التي وسعت إنتاج المحلل الكهربائي إلى 500 ميغاوات هذا العام، مع التخطيط لمزيد من التوسع. أعلن نيل مؤخرًا عن هدفه لإنتاج الهيدروجين الأخضر بسعر 1.50 دولارًا للكيلوغرام الواحد بحلول عام 2025، مما يجعل التكلفة مماثلة لتكلفة الهيدروجين الأحفوري التقليدي. وفي الوقت نفسه، تعمل شركة هالدور توبسو (Haldor Topsoe) الدنماركية، والمشروع الأسباني المشترك إبرلوزير (Iberlyzer)، على توسيع الطاقة الإنتاجية خلال العامين المقبلين.

لا توجد أي من هذه الشركات على استعداد لتجاوز إنتاجها السنوي 1 غيغاواط في المستقبل القريب.

اتباع مسار النظام الضوئي؟

يوجد الهيدروجين الأخضر اليوم بكميات دقيقة فقط. تكلفته ضعف تكلفة الهيدروجين الأحفوري على الأقل. لا يوجد سوق له في الأساس. لذلك لا يزال الوقت مبكرًا جدًا لهذه الصناعة.

اليوم، يتم إنتاج ما يقرب من 10 ملايين طن متري من الهيدروجين سنويًا بواسطة الصناعات في الولايات المتحدة، بينما يتم إنتاج ما يقرب من 120 مليون طن من الهيدروجين على مستوى العالم (الصين هي أكبر دولة منتجة). يتم إنتاج كل هذا تقريبًا من خلال عمليات تسبب انبعاثات كربونية عالية.

تشير التقديرات إلى أن الوصول إلى إنتاج الهيدروجين الأمريكي الحالي بالكهرباء المتجددة سيتطلب 115 غيغاواط من طاقة الرياح البحرية. تصبح صعوبة القيام بذلك واضحة عندما يعتبر المرء أن الولايات المتحدة تسعى الآن رسميًا للحصول على 30 غيغاواط من طاقة الرياح البحرية بحلول عام 2030.

تقدر الوكالة الدولية للطاقة المتجددة، في خارطة طريق انتقال الطاقة الخاصة بها حتى عام 2050، أن الإنتاج العالمي للهيدروجين الأخضر يجب أن يصل إلى ما يقرب من 400 طن متري، وهو ما سيتطلب سعة كلية مركبة تبلغ 5 تيراواط بحلول عام 2050. واليوم، يبلغ إجمالي سعة المحلل الكهربائي المركب في جميع أنحاء العالم حوالي 8 غيغاواط .

تظهر هذه الأرقام أن زيادة الإنتاج التي يجب أن تحدث لتحقيق أهداف الهيدروجين الخضراء التي حددتها الحكومات والوكالات الدولية. سيتطلب ذلك مبادرة عامة مستدامة لتحديد الأهداف وخفض التكاليف للهيدروجين الأخضر على طول سلسلة القيمة، بما في ذلك في المجال الحرج للتحليل الكهربائي.

يرى كورنيليوس ماتيس، الرئيس التنفيذي لشركة دي ديزيرت للطاقة (Dii Desert Energy)، وهي شركة استشارية غير ربحية مقرها في دبي، سببًا للتفاؤل.

وقال في مؤتمر الشرق الأوسط للطاقة 2021 الأخير: “سيكون هناك الكثير من الابتكارات في جانب التحليل الكهربائي مع ظهور تقنيات جديدة. بالنسبة للمحللات الكهربائية، فإنها تنتقل من التجميع اليدوي إلى الإنتاج الآلي إلى حد كبير، جنبًا إلى جنب مع التطورات الكبيرة في البحث والتطوير.”

أحصى ماثيوز 19 مشروعًا للهيدروجين في جميع أنحاء العالم والتي ستتطلب قدرة محلل كهربائي تقريبًا 140 غيغاوات. وهو يعتقد أن خط أنابيب المشروع هذا سيبدأ في تحفيز مستويات أعلى من إنتاج المحلل الكهربي مما يقلل التكاليف.

“ليس لدي شك في أن هذا سيحدث، في غضون عشر سنوات عندما ننظر إلى الوراء، من المحتمل أن نرى قصة ناجحة مثل ما رأيناه مع مصادر الطاقة المتجددة قبل 10 سنوات.”

لكن هذا لن يحدث بدون مساعدة، لأن العديد من مشاريع الهيدروجين التي يشير إليها مدعومة إلى حد ما.

قال ماثيوز: “يجب علينا من وجهة نظر تنظيمية تطبيق ما هو ممكن لتسريع هذا التطور، لإنشاء المعايير، لإنشاء جميع المتطلبات الأساسية للسوق”.

اقرأ أيضاً أوكيو وشركاؤهم في سلطنة عمان خطة محطة للهيدروجين الأخضر تنتج 25 جيجاوات واط.

المصدر: أويل برايس.