تولید هیدروژن از منابع تجدیدپذیر

تولید هیدروژن از منابع تجدیدپذیر یکی از راهکارهای مهم و پراهمیت برای تأمین انرژی پایدار و پاک است.

امروزه تولید هیدروژن یکی از به‌روزترین و پرسودترین سرمایه‌گذاری در حوزه انرژی‌های سبز محسوب می‌شود.

برای تولید هیدروژن ما به برق نیاز داریم که برق را می‌توانیم از نیروگاه‌های خورشیدی تامین کنیم. ذخیره انرژی هیدروژن می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر حوزه‌های مختلف بخش انرژی و اقتصاد گسترده‌تر داشته باشد.

اثرات و مزایای اصلی ذخیره انرژی هیدروژن

یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر:

یکی از مزایای اصلی ذخیره انرژی هیدروژن، توانایی ذخیره انرژی اضافی تولیدشده توسط منابع تجدیدپذیر مانند باد و خورشید در زمان تقاضای کم است.این انرژی ذخیره شده می‌تواند در زمانی که تولید برق کم است مورد استفاده قرار گیرد و به جبران قطعی انرژی تجدیدپذیر و افزایش قابلیت اطمینان شبکه کمک کند.

پایداری و قابلیت اطمینان شبکه:

ذخیره هیدروژن می‌تواند با ارائه یک منبع انرژی قابل ارسال به پایداری شبکه کمک کند. می‌توان از آن برای برآورده‌‌کردن تقاضای اوج برق، تثبیت فرکانس و تامین برق پشتیبان در هنگام قطعی شبکه، کاهش خطر خاموشی و بهبود قابلیت اطمینان شبکه استفاده کرد.

سیستم‌های انرژی غیرمتمرکز:

ذخیره انرژی هیدروژن را می‌توان در مقیاس‌های مختلف استفاده کرد، از سیستم‌های توزیع شده کوچک تا تاسیسات متمرکز بزرگ. این انعطاف‌پذیری از توسعه سیستم‌های انرژی غیرمتمرکز با کاهش نیاز به زیرساخت‌های گسترده انتقال و توزیع حمایت می‌کند.

تنوع‌بخشی در بخش انرژی: ذخیره‌سازی هیدروژن تطبیق‌پذیری را به محدوده انرژی می‌افزاید و سایر فناوری‌های ذخیره انرژی مانند باتری‌ها را تکمیل می‌کند. چنین تنوعی می‌تواند پایداری سیستم انرژی را بهبود بخشد و گزینه‌های مختلفی را برای حل مشکلات انرژی ارائه دهد.

کاربردهای صنعتی و تولیدی انرژی هیدروژن

هیدروژن به عنوان ماده اولیه در صنایعی مانند صنایع پتروشیمی و فولاد استفاده می‌شود. با تامین هیدروژن سبز این صنایع، می‌توان به کاهش انتشار دی‌اکسید کربن کمک کرد و انتقال به فرآیندهای تولید پاک‌تر را تشویق کرد.

برق لازم برای تولید هیدروژن از انرژی‌های تجدید پذیر (انرژی خورشیدی) تامین می‌گردد.

و این هیدروژن در ذخیره‌سازهای مخصوص ذخیره‌سازی شده می‌تواند برای مصارف گوناگون مورد استفاده قرار گیرد.

در زیر به چند مورد اشاره می‌شود:

حمل و نقل:

هیدروژن می‌تواند به عنوان سوخت در انواع حالت‌های حمل و نقل از جمله وسایل نقلیه پیل سوختی (FCVs) استفاده شود. سوخت هیدروژنی مزایایی از نظر برد، سرعت بنزین و پتانسیل انتشار صفر دارد که به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش حمل و نقل کمک می کند.

ذخیره‌سازی انرژی:

انرژی هیدروژن به عنوان یک برداشت‌کننده و ذخیره‌کننده انرژی می‌تواند برای ذخیره‌سازی انرژی از منابع تجدیدپذیر نظیر باد و خورشید استفاده شود. هیدروژن می‌تواند در توربین‌های گازی بازیافتی یا با فرایندهای شیمیایی مانند متان‌سازی ذخیره شود.

انتقال و توزیع انرژی:

هیدروژن می‌تواند به عنوان یک برداشت‌کننده و سیستم انتقال انرژی برای مناطقی که از شبکه‌های برق متصل نیستند، مورد استفاده قرار گیرد. این انتقال از طریق مخابرات هیدروژنی یا خطوط لوله هیدروژن صورت می‌گیرد.

موتورهای سوختی:

هیدروژن به عنوان سوخت مناسب برای موتورهای سوختی (Fuel Cells) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این موتورها به صورت عمود برعکس الکترولیز آب، هیدروژن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند و همچنین از انرژی گرمایی آن نیز بهره می‌برند.

فرآیندهای صنعتی:

هیدروژن به عنوان یک سوخت قابل بازیافت در فرآیندهای صنعتی مانند تولید آهن و فولاد، راکتورهای هیدروژن، تولید آمونیاک و فرآیندهای شیمیایی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

صنایع نفت و گاز:

هیدروژن به عنوان یک منبع سوخت جایگزین و یک عامل تقویت‌کننده برای پالایش و تبدیل نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد، به‌خصوص در فرآیندهای تخلیه و تصفیه گازها.

تولید الکتریسیته و گرما:

هیدروژن می‌تواند به عنوان یک منبع سوخت برای تولید الکتریسیته و گرما در صنایع مختلف مورد استفاده قرارگیرد.

چالش‌های تولید هیدروژن

ذخیره انرژی هیدروژن:

ذخیره انرژی هیدروژن نیز با چالش‌هایی از جمله هزینه‌های مربوط به تولید، ذخیره‌سازی و حمل و نقل هیدروژن مواجه است. علاوه بر این، رسیدگی به مسائل ایمنی مربوط به ذخیره‌سازی و جابجایی هیدروژن بسیار مهم است.

اثرات زیست‌‌محیطی:

اگرچه هیدروژن را می‌توان با انرژی‌های تجدیدپذیر (هیدروژن سبز) تولید کرد، اما تأثیرات زیست‌محیطی به روش تولید بستگی دارد. هیدروژن خاکستری و آبی که با جذب و ذخیره دی‌اکسید‌کربن از سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود، اثرات زیست محیطی دارد که باید به دقت مدیریت شود.

تأثیر ذخیره انرژی هیدروژن به استقرار، توسعه فناوری و ادغام هیدروژن در بخش‌های مختلف اقتصادی بستگی دارد.

دولت‌ها، صنایع و موسسات تحقیقاتی فعالانه در تلاش هستند تا از مزایای بالقوه ذخیره‌سازی انرژی هیدروژن بهره‌برداری کنند و در عین‌حال با چالش‌های آن در ایجاد یک سیستم انرژی پایدارتر و پایدارتر مقابله کنند.

روش‌های تولید هیدروژن از منابع تجدیدپذیر

در اینجا چند روش برای تولید هیدروژن از منابع تجدیدپذیر آورده شده است:

الکترولیز آب:

در این روش، آب به وسیله جریان الکتریکی تجزیه شده و هیدروژن و اکسیژن به صورت جداگانه تولید می‌شوند. این روش می‌تواند با استفاده از انرژی تجدیدپذیر مانند باد، خورشید، یا انرژی هیدرو الکتریک تغذیه شود.

فتوکاتالیستی:

در این روش، نور خورشید به کمک کاتالیست‌های خاص بر روی موادی مانند آب یا هیدروژن مولکولی شکل می‌گیرد و هیدروژن تولید می‌شود.

تولید هیدروژن از بیوگاز:

در این روش، بیوگازی که از فرآیندهای تجزیه مواد آلی تولید می‌شود (مانند فرآیند تبدیل زباله‌های جامد و مایع به بیوگاز)، به وسیله فرایندهای شیمیایی یا بیولوژیکی تبدیل به هیدروژن می‌شود.

تولید هیدروژن از بیوماس:

در این روش، بیوماس مانند چوب، کشاورزی و پسماند آلی به وسیله فرایندهای حرارتی یا شیمیایی به هیدروژن تبدیل می‌شود.

تولید هیدروژن از باد:

در این روش، انرژی باد به کمک توربین‌های بادی جمع‌آوری شده و سپس با استفاده از روش‌های الکترولیز آب یا فتوکاتالیستی، هیدروژن تولید می‌شود.

نحوه تولید هیدروژن از نیروگاه خورشیدی

تولید هیدروژن از نیروگاه خورشیدی از طریق فرایند الکترولیز آب صورت می‌گیرد. در این فرایند، انرژی خورشیدی به وسیله پنل‌های خورشیدی جمع‌آوری می‌شود و به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. سپس این انرژی الکتریکی به وسیله سلول‌های الکترولیز آب به آب اعمال می‌شود، که به دو گاز هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود.

برای تولید هیدروژن از نیروگاه خورشیدی، مراحل زیر انجام می‌شود:

تولید برق از نور خورشید:

در این مرحله، پنل‌های خورشیدی با استفاده از سلول‌های فتوولتاییک، نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.

الکترولیز آب:

انرژی الکتریکی تولیدشده از پنل‌های خورشیدی به سلول‌های الکترولیز آب تأمین می‌شود. در اینجا، آب به عنوان منبع تامین هیدروژن و اکسیژن به سلول‌های الکترولیز آب می‌رسد.

تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن:

در سلول‌های الکترولیز آب، آب به دو گاز هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود. هیدروژن از طریق یک طرف سلول جمع‌آوری می‌شود و اکسیژن از طریق طرف دیگر سلول جمع‌آوری می‌شود.

ذخیره و استفاده از هیدروژن:

هیدروژن تولید شده می‌تواند در مخازن فشرده‌سازی ذخیره شده و برای استفاده در سیستم‌های سوختی (Fuel Cells) یا دیگر فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.