ماهي التقنية الأفضل لإنتاج الهيدروجين الأخضر و كم تكلفتها؟



وفقا لبحث جديد نشره باحثون من جامعة كولونيا للعلوم التطبيقية في ألمانيا قام بتقييم إمكانات ألمانيا لإنتاج الهيدروجين الأخضر من خلال التوليد اللامركزي و المركزي والذي يعتمد على الطاقة الشمسية الكهروضوئية و المحللات الكهربائية. و في ظل سيناريوهات مختلفة تبين أن الهيدروجين الأخضر منافس قوي من ناحية التكلقة مقارنة بالهيدروجين الأزرق و الرمادي الذي يتم انتاجه باستخدام الوقود الأحفوري.

حيث قام العلماء بشكل أساسي بدراسة امكانية انتاج الهيدروجين الأخضر باستخدام المحلل الكهربائي القلوي كونه تقنية ناضجة و متوفرة في الأسواق بقدرة 1 ميجاوات و كذلك إمكانية استخدام المحلل الكهربائي القائم على غشاء تبادل البروتونات (PEM) وهي من التقنيات الجديدة والمتاحة نسيبا في نطاقات أصغر.

تم تصميم نظام لإنتاج الهيدروجين بالطاقة الشمسية بطاقة إنتاجية تبلغ 21 كجم / يوم باستخدام نوعين من المحللات الكهربائية: محلل قلوي بقدرة مركبة 49 كيلو وات و محلل كهربائي بتقنية PEM بسعة 62 كيلو وات. حيث تم تحليل ستة سيناريوهات مختلفة لإنتاج الهيدروجين في مدينة كولونيا والتي تعد مستهلك قوي للهيدروجين في ألمانيا وهي كالتالي:
1. محلل كهربي قلوي يعمل بنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة بسعة 2.6 ميجاوات و بطارية احتياطية بسعة 7250 كيلووات
2. محلل كهربائي PEM يعمل بنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة بقدرة 3.3 ميجاوات وبطارية بسعة 9125 كيلوواط ساعة
3. محلل كهربائي قلوي مدعوم بنظام طاقة شمسية متصل بالشبكة بقدرة 850 كيلو وات
4. محلل كهربائي PEM مدعوم بنظام طاقة شمسية متصل بالشبكة بقدرة 1 ميجاوات
5. محلل كهربائي قلوي يعمل بنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة بقدرة 680 كيلو وات مع بطارية احتياطية تبلغ 1500 كيلو وات في الساعة ووقت تشغيلي محدود
6. ومحلل كهربائي PEM مدعوم بنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة بقوة 950 كيلو وات مع بطارية احتياطية تبلغ 2000 كيلو وات في الساعة ووقت تشغيل محدود.
في السيناريوهين الأخيرين ، تم اختيار ساعات تشغيل جهاز التحليل الكهربائي لتتناسب مع الوقت الفعلي لتوليد الطاقة الشمسية. وتم تقييم التكلفة المستقرة لإنتاج الهيدروجين LCOH مع الأخذ في الاعتبار الاستثمار الأولي لبناء الأنظمة ، وتكاليف التشغيل السنوية ، والإنتاج السنوي للهيدروجين ، ومعدل الخصم ، وعمر النظام ، والذي كان 20 عامًا لجميع السيناريوهات.

وبعد المقارنة وتحليل النتائج تبين أن أقل تكلفة وأفضل أداء تم تحقيقه هو في الأنظمة التي يكون فيها المحلل الكهربائي القلوي الذي يعمل بالطاقة الشمسية متصل بالشبكة ، حيث وصلت تكلفة الإنتاج LCOH 6.23 € / كجم. وفي المقابل كانت تكلفة الإنتاج من المحلل الكهربائي PEM الذي يستخدم نظام الطاقة الشمسية المنفصل عن الشبكة 57.61 يورو / كجم وذلك بسبب الحاجة إلى استخدام بطاريات احتياطية.
ومن أهم النتائج التي أكدتها هذه الدراسة أن فكرة تشغيل المحلل الكهربائي 24 ساعة في اليوم وعلى مدار العام في النظام المنفصل عن الشبكة غير مجدية اقتصاديًا لأن الهيدروجين المنتج سكون مكلف للغاية.