گاز طبیعی با نقش انتقالی و فناوریهای نو، مسیر تولید هیدروژن سبز را تسهیل و هزینه آن را کاهش میدهد. سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
در دنیای امروز، هیدروژن به عنوان یکی از کلیدیترین حاملهای انرژی آینده شناخته میشود؛ عنصری که میتواند گذار از سوختهای فسیلی به انرژیهای پاک را تسریع کند. با رشد نگرانیها درباره تغییرات اقلیمی و لزوم کاهش انتشار گازهای گلخانهای، تولید هیدروژن سبز به عنوان گزینهای راهبردی برای تأمین انرژی پایدار مطرح شده است.
با این حال، مسیر تولید این هیدروژن پاک بدون در نظر گرفتن نقش منابع فسیلی، بهویژه گاز طبیعی، قابل درک نیست. گاز طبیعی نه تنها منبعی ارزان و در دسترس برای تولید هیدروژن است، بلکه به عنوان پلی میان اقتصاد سوختهای فسیلی و انرژیهای تجدیدپذیر نیز عمل میکند. در این مقاله، به بررسی جایگاه گاز طبیعی در فرایند تولید هیدروژن، فناوریهای مرتبط، مزایا و چالشهای آن در مسیر دستیابی به تولید هیدروژن سبز پرداخته میشود.
جایگاه گاز طبیعی در زنجیره تأمین هیدروژن سبز
گاز طبیعی یکی از مهمترین منابع اولیه برای تولید هیدروژن سبز است. امروزه بیش از ۷۵ درصد از هیدروژن جهانی از طریق فرآیند ریفورمینگ بخار متان (SMR) بهدست میآید. ترکیب اصلی گاز طبیعی، یعنی متان (CH₄)، دارای نسبت هیدروژن بالایی است و به همین دلیل مادهای ایدهآل برای استخراج هیدروژن محسوب میشود. در این فرآیند، متان با بخار آب در دمای حدود ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد واکنش داده و هیدروژن و دیاکسیدکربن تولید میکند. با اینکه این روش در گذشته به عنوان منبع «هیدروژن خاکستری» شناخته میشد (بهدلیل انتشار بالای CO₂)، اما امروزه با ترکیب فناوری جذب و ذخیرهسازی کربن (CCUS)، میتواند به تولید هیدروژن آبی منجر شود.
از سوی دیگر، گاز طبیعی میتواند نقش مکمل در تولید هیدروژن سبز نیز داشته باشد. به این معنا که در مراحل اولیه توسعه زیرساختهای انرژی پاک، گاز طبیعی منبعی پایدار برای تأمین انرژی فرآیند الکترولیز و همچنین ماده اولیه در سیستمهای هیبریدی است که هم از انرژی فسیلی و هم از منابع تجدیدپذیر استفاده میکنند.
گاز طبیعی به عنوان پلی میان سوختهای فسیلی و انرژیهای تجدیدپذیر
گذار جهانی از سوختهای کربنی به انرژی پاک فرایندی تدریجی و چندمرحلهای است. در این مسیر، گاز طبیعی به دلیل دارا بودن محتوای کربن کمتر نسبت به زغالسنگ و نفت، به عنوان سوخت انتقالی (Transition Fuel) شناخته میشود. استفاده از گاز طبیعی برای تولید هیدروژن باعث میشود انتشار دیاکسیدکربن بهطور قابل توجهی کمتر از سایر سوختهای فسیلی باشد. از این رو، کشورهای صنعتی و در حال توسعه میتوانند بدون ایجاد شوک در ساختار انرژی خود، به تدریج از تولید هیدروژن خاکستری به سمت هیدروژن آبی و در نهایت سبز حرکت کنند.
در واقع، بهرهگیری از زیرساختهای موجود در صنایع گاز طبیعی (مانند خطوط لوله، تأسیسات مایعسازی و سیستمهای ذخیرهسازی) باعث کاهش هزینههای توسعه زنجیره تأمین هیدروژن میشود. این موضوع نقش مهمی در تسریع گذار به اقتصاد هیدروژنی دارد.
فرآیندهای تولید هیدروژن از گاز طبیعی
اصلیترین فناوریهای تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن عبارتند از:
ریفورمینگ بخار متان (SMR):
این روش متداولترین فناوری صنعتی تولید هیدروژن است. در این فرآیند، بخار آب و متان در حضور کاتالیست نیکل واکنش داده و هیدروژن، مونوکسیدکربن و مقدار کمی CO₂ تولید میشود. واکنش کلی به صورت زیر است:
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
سپس در مرحلهای به نام “واکنش شیفت گاز-آب”، مونوکسیدکربن با بخار واکنش داده و هیدروژن اضافی و CO₂ تولید میکند.
ریفورمینگ خودگرمایی (ATR):
در این روش، ترکیبی از بخار و اکسیژن برای تبدیل متان به هیدروژن استفاده میشود. ATR نسبت به SMR کارایی گرمایی بالاتری دارد و برای تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ مناسب است.
اکسیداسیون جزئی (POX):
در این فرآیند، متان با مقدار محدودی اکسیژن واکنش داده و هیدروژن و CO₂ تولید میکند. سرعت واکنش در این روش بالا است اما بازده تولید هیدروژن نسبت به SMR کمتر است.
پیرولیز متان (Methane Pyrolysis):
در این فناوری جدید، گاز طبیعی بدون استفاده از اکسیژن یا بخار بهصورت حرارتی شکسته شده و هیدروژن و کربن جامد تولید میشود. این روش پتانسیل بالایی برای تولید هیدروژن بدون انتشار CO₂ دارد و گامی مهم به سمت تولید هیدروژن سبز با منبع فسیلی محسوب میشود.
ارتباط میان گاز طبیعی و تولید هیدروژن سبز از دید زیستمحیطی
در نگاه نخست، ممکن است استفاده از گاز طبیعی برای تولید هیدروژن سبز متناقض بهنظر برسد، زیرا گاز طبیعی خود یک سوخت فسیلی است. با این حال، اگر این فرایند با فناوریهای جذب، ذخیرهسازی و استفاده مجدد از کربن (CCUS) همراه شود، میتواند به شکل قابل توجهی از انتشار گازهای گلخانهای جلوگیری کند. در این حالت، گاز طبیعی نه تنها مضر نیست، بلکه به عنوان ابزاری کمکربن برای تسریع تولید هیدروژن سبز عمل میکند.
همچنین در برخی پروژههای صنعتی، از گاز طبیعی برای تأمین گرمای فرآیند الکترولیز آب (که مستلزم انرژی زیاد است) استفاده میشود. در چنین سیستمهایی، بخشی از انرژی از گاز طبیعی و بخش دیگر از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی یا بادی تأمین میگردد. این ترکیب باعث افزایش بهرهوری و کاهش هزینه تولید هیدروژن سبز میشود.
جدول مقایسهای روشهای تولید هیدروژن از گاز طبیعی
| روش تولید | منبع انرژی | انتشار CO₂ | بازده انرژی | وضعیت فناوری |
|---|---|---|---|---|
| ریفورمینگ بخار متان (SMR) | گاز طبیعی و بخار | زیاد | بالا | بالغ و صنعتی |
| ریفورمینگ خودگرمایی (ATR) | گاز طبیعی + اکسیژن | متوسط | بالا | در حال توسعه |
| اکسیداسیون جزئی (POX) | گاز طبیعی + اکسیژن محدود | زیاد | متوسط | صنعتی |
| پیرولیز متان | گاز طبیعی بدون اکسیژن | بسیار کم | بالا | نوظهور و تحقیقاتی |
| الکترولیز با انرژی تجدیدپذیر | برق خورشیدی یا بادی | صفر | متوسط | فناوری سبز |
نقش زیرساختهای گاز طبیعی در توسعه اقتصاد هیدروژن
یکی از موانع اصلی توسعه اقتصاد هیدروژن، هزینه بالای زیرساختها برای ذخیرهسازی، حمل و توزیع است. با این حال، شبکههای گسترده گاز طبیعی که در دهههای اخیر ساخته شدهاند، میتوانند بهعنوان بستری آماده برای انتقال هیدروژن مورد استفاده قرار گیرند. در بسیاری از کشورها، خطوط لوله گاز طبیعی قابلیت مخلوطسازی هیدروژن تا ۲۰ درصد را دارند. این رویکرد باعث میشود که بدون نیاز به سرمایهگذاری سنگین، استفاده از هیدروژن در مقیاس وسیع آغاز گردد.
همچنین ایستگاههای گاز طبیعی مایع (LNG) میتوانند بهراحتی برای ذخیرهسازی هیدروژن مایع (LH₂) تطبیق داده شوند. از این منظر، گاز طبیعی نه تنها ماده اولیه تولید هیدروژن است، بلکه زیرساخت فیزیکی توسعه هیدروژن سبز را نیز فراهم میسازد.
بدون دیدگاه