جنبه های فنی و اقتصادی تولید هیدروژن

برق نیوز:  هزينه توليد هيدروژن به يك ورودي قابل ملاحظه از انرژي اوليه نياز دارد كه مقدار آن به فرآيند زنجيره‎اي واقعي و عملي و همچنين سطوح تبديل بستگي خواهد داشت. هر سطح تبديل باعث افزايش هزينه سرمايه‎گذاري و اتلاف انرژي مي‎گردد. فرايندهاي زنجيره‎اي كه از شكلهاي تجديدپذير انرژي استفاده مي‎كنند نياز به انرژي اوليه ورودي كمتري نسبت به آنهائي كه از انرژي سوخت‎هاي فسيلي و هسته‎اي بهره مي‎برند، دارد. البته در اين گونه فرآيندها قيمت تمام شده به علت عواملي چون هزينه‎هاي ساختاري زياد، عمر كوتاه سرويس‎دهي و بازده الكتريكي كم افزايش مي‎يابند. تنها استثنا كه مي‎تواند امروزه بطور وسيعي مورد استفاده قرارگيرد توليد هيدروژن از طريق بيوماس (زيست توده) است. در اين روش از تخمير و تجزيه مواد آلي هيدروژن‎دار نظير فضولات حيواني ـ انساني، مواد زائد و گياهان در شرايط بي‎هوازي هيدروژن توليد مي‎شود. البته مشخص است كه براي توليد هيدروژن از مواد هيدروژن‎دار همچون آب، متان، يا بيوماس نياز به اعمال انرژي است و بايد در جاهائي كه از منابع انرژي تجديدپذير استفاده مي‎شود هزينه تسهيلات مورد نياز توليد مثل: سيستمهاي فتوولتائيك، در نظر گرفته شود.

ميزان انرژي ورودي و اتلاف انرژي براي توليد بستگي زيادي به روش انتخابي دارد. شكل (2)، چهار روش متداول و ممكن توليد هيدروژن را نشان مي‎دهد. با توجه به آن ملاحظه مي‎شود كه روش الكتروليز آب كه انرژي آن توسط نيروگاه آبي تأمين مي‎شود و گازسازي به روش بيوماس از بهترين‎ها هستند. اين دو روش توليد تقريباً نيازمند انرژي ورودي اوليه‎اي معادل 1/0 و يا 2/0 كيلووات ساعت به ازاي هر KWh هيدروژن توليد شده هستند. حال اگر همين هيدروژن از نيروي الكتريكي حاصل از سلول‎هاي فتوولتائيك و بوسيله دستگاه الكتروليز آب توليد شود، به ازاي هرKWh هيدروژن توليدي، تقريباً بهKWh 1 انرژي اوليه ورودي نياز است. وضعيت نامطلوب‎تر هنگامي است كه هيدروژن به كمك گازطبيعي و نيروي الكتريكي با روش kavearner از طريق Steam Reforming توليد شود. در اين صورت به ازاي هر KWh هيدروژن خروجي تقريباً نياز بهKWh 3 انرژي اوليه است كه از اين مقدار 66% آن از گازطبيعي و 34% هم از نيروي الكتريكي تأمين مي‎شود.

هيدروژن، قابليت انتقال و ذخيره به صورت مايع را نيز داراست. از نقطه نظر انرژي، انتقال هيدروژن بصورت مايع نيازمند صرف مقدار قابل توجهي نيروي الكتريكي به عنوان انرژي كمكي جهت دستگاه هاي سردسازي است. البته در اين فرآيند حدود 30% هيدروژن گازي ورودي در طي عمل مايع سازي ميعان مي‎شود، كه خود باعث بالا رفتن هزينه‎ها و اتلافها در چرخه توليد مي‎گردد.

پس در استفاده از هيدروژن براي ايجاد گرما و الكتريسيته بايد هر دو جنبه هزينه و انرژي ورودي اوليه براي يك روش عملي نسبتاً مؤثر در نظر گرفته شود و تا حد امكان، نيروي الكتريكي حاصله بطور مستقيم بعد از توليد صرف ذخيره، انتقال و در نهايت الكتريسيته شود . شكل‎هاي (3-الف، ب) ميزان انرژي ورودي اوليه مورد نياز به ازاي هر كيلووات ساعت انرژي خروجي در روش‎هاي متفاوت و همچنين پيش‎بيني هزينه‎هاي آنها براي هيدروژن مايع و گازي تا سال 2020 را نشان داده شده است. در اين شكلها ديده مي‎شود كه روش بيوماس در توليد هيدروژن گازي و نيروگاه برق آبي در توليد هيدروژن مايع از ديگر موارد مطلوب‎تر هستند.

شكل 2ـ مقايسه روشهاي متداول توليد هيدروژن از نقطه نظر هزينه و انرژي اوليه مورد نياز براي توليد هيدروژن با انرژي برابر KWh

روش ديــگــر تــوليــد هيــدروژن بــوسيله تلفيــقي از فــن‎آوري‎هاي خورشيدي وReforming Steam رايج است .در اين روش كه Reforming Steam Solar ناميده مي‎شود، هيدروژن هنوز از منابع فسيلي توليد مي‎شود اما گرماي مورد نياز سيستم توسط فن‎آوري حرارتي خورشيدي فراهم مي‎گردد. در اينگونه سيستمها در مقدار انرژي اوليه از منابع فسيلي براي بحركت در آوردن فرآيند صرفه‎جوئي مي‎شود. و باعث افزايش راندمان واحد نسبت به ورودي انرژي فسيلي مي‎گردد. البته راه‎هاي توليدي ديگري نيز وجود دارد اما بدليل اينكه مقياس توليد آنها در مقايسه با روشهاي ذكر شده ناچيز است در اين مقاله بدان توجه نشده است.