چالش‌های توسعه هیدروژن و پیل‌های سوختی در ایران

عضو هیات علمی و دانشیار گروه فناوری‌های شیمیایی سبز پژوهشکده صنایع شیمیایی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران گفت: چالش‌های توسعه هیدروژن و پیل‌های سوختی در ایران شامل هزینه‌های بالا و کمبود زیرساخت است.

کد خبر: ۷۴۸۲۰۱

تاریخ: ۲۹ مهر ۱۴۰۳ - ۱۱:۵۹

به گزارش ایران اکونومیست، دکتر ناهید خندان به چالش‌های اصلی توسعه فناوری‌های هیدروژنی و پیل‌های سوختی در ایران اشاره و تأکید کرد: مسائل اقتصادی، کمبود سرمایه‌گذاری و نبود زیرساخت‌های مناسب از موانع اصلی تجاری‌سازی این فناوری‌ها هستند.

وی همچنین بر اهمیت تولید هیدروژن از منابع مختلف و فناوری دی‌متیل‌اتر به‌عنوان جایگزین سوخت‌های فسیلی در صنعت حمل و نقل تأکید دارد.

خندان ادامه داد: یکی از مهمترین چالش‌های توسعه و تجاری‌سازی فناوری‌های مربوط به تولید هیدروژن و پیل سوختی در ایران، مسائل اقتصادی و عدم حمایت مالی کافی است. هزینه‌های تولید هیدروژن (خصوصاً به روش تجدیدپذیر) و پیل‌های سوختی، به دلیل نیاز به فناوری‌های پیشرفته و مواد گران‌قیمت، مانع از رقابت‌پذیری این فناوری‌ها در بازار شده است و کمبود سرمایه‌گذاری و حمایت‌های دولتی برای تحقیق و توسعه در این حوزه نیز انگیزه برای توسعه فناوری‌های جدید را کاهش می دهد. اگرچه در داخل کشور علاقه فزاینده‌ای به فناوری‌های هیدروژنی وجود دارد، اما هنوز شکاف قابل توجهی در تحقیق و توسعه در مقایسه با سایر فناوری‌های انرژی قدیمی‌تر، وجود دارد. این موارد شامل نیاز به پیشرفت در کاتالیست‌ها و مواد اولیه و همچنین طراحی مناسب پیل است که به شدت بر کارایی و عمر مفید پیل‌های سوختی اثرگذار است.

وی یادآور شد: در کنار تمام این موارد نبود زیرساخت‌های لازم برای تولید، ذخیره‌سازی و توزیع هیدروژن، یکی از موانع اصلی در راه توسعه این فناوری است. این موضوع شامل نبود ایستگاه‌های سوخت‌گیری مناسب برای خودروهای هیدروژنی نیز می‌شود. آگاهی پایین مصرف‌کنندگان درباره مزایای هیدروژن و پیل‌های سوختی نیز پذیرش این فناوری‌ در بازار را با مشکل مواجه می‌کند و همین نبود تقاضای کافی برای این محصولات، توسعه آنها را محدودتر می‌کند. خصوصاً در ایران وجود منابع انرژی سنتی مانند نفت و گاز که به راحتی قابل دسترس هستند، باعث شده است که فناوری‌های جدید مانند هیدروژن کمتر مورد توجه قرار گیرند و نبود مقررات و سیاست‌های مشخص برای حمایت از اقتصاد هیدروژنی، مانع از سرمایه گذاری و کاهش تلاش‌ها برای توسعه آن شده است. این موانع نیازمند توجه ویژه از سوی دولت و بخش خصوصی هستند تا بتوانند زمینه را برای توسعه پایدار و تجاری سازی فناوری‌های هیدروژن و پیل سوختی در ایران فراهم کنند.

دانشیار گروه فناوری‌های شیمیایی سبز پژوهشکده صنایع شیمیایی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی درباره اهمیت نانوکاتالیست‌های تولید هیدروژن از متانول و گازهای سنتزی در بهبود کارایی پیل‌های سوختی، گفت: تولید هیدروژن از متانول و گاز سنتز به طور کلی در مقایسه با روش‌های سنتی کارآمدتر است. این بدان معناست که هیدروژن بیشتری را می توان با انرژی ورودی کمتر تولید کرد که منجر به بازده کلی بهتر سیستم پیل سوختی می‌شود. همچنین متانول و گاز سنتز نسبتاً ارزان و در مقایسه با سایر منابع هیدروژنی در دسترس هستند. این می تواند هزینه کلی تولید هیدروژن را کاهش دهد و پیل‌های سوختی را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر کند. فرایند تولید هیدروژن از متانول و گاز سنتز، به راحتی قابلیت افزایش مقیاس دارد و این مقیاس پذیری برای توسعه فناوری پیل سوختی بسیار مهم است.

وی خاطرنشان کرد: تولید هیدروژن از متانول و گاز سنتز یک فناوری محوری است، این فرایند می‌تواند با تولید هیدروژن با خلوص بالا، عملکرد پیل‌های سوختی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. تولید هیدروژن با خلوص بالا خصوصاً در پیل‌های حساس به ناخالصی، بسیار کلیدی است. خلوص هیدروژن به طور مستقیم بر واکنش‌های الکتروشیمیایی داخل پیل سوختی تاثیر گذاشته و منجر به بهبود توان خروجی و کاهش هزینه‌های عملکردی آن می‌شود. علاوه بر این ادغام فناوری‌های جذب کربن در فرایند تولید متانول می‌تواند انتشار گازهای گلخانه‌ای مرتبط با تولید هیدروژن را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش دهد که همسو با سیاست‌های جهانی کربن زدایی از سیستم های انرژی و بهبود کیفیت محیط زیست است.

خندان افزود: در نتیجه، فناوری پیرامون تولید هیدروژن از متانول و گاز سنتز نه تنها عملکرد پیل سوختی را از طریق افزایش بازده و خلوص افزایش می‌دهد، بلکه اهداف فراتری شامل تولید انرژی پایدار و با دوام اقتصادی را نیز پوشش می‌دهد.

وی با اشاره به اینکه تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر جایگزین سوخت‌های فسیلی خواهند شد، گفت: با توجه به پیشرفت‌های فناوری، صرفه اقتصادی و تقاضای عمومی، فناوری تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر می‌تواند در آینده نزدیک جایگزین سوختهای فسیلی شود. با وجود سرعت تحولات در این زمینه، انرژی‌های تجدیدپذیر مانند باد، آب، خورشید و بیوانرژی، به تدریج جایگزین سوخت‌های فسیلی می‌شوند. در حال حاضر منابع انرژی تجدیدپذیر در مقایسه با سوخت های فسیلی مقرون به صرفه تر شده اند. فناوری‌هایی مانند انرژی خورشیدی و بادی در حال حاضر اغلب ارزان‌تر از زغال سنگ و گاز طبیعی هستند و برخی از پروژه‌های خورشیدی در دنیا، برق را با نصف هزینه سوخت‌های فسیلی سنتی تولید می کنند.

خندان ادامه داد: در دنیا انرژی‌های تجدیدپذیر به سرعت در حال گسترش است، به طوری‌که در سال‌های اخیر، تولید انرژی‌های تجدیدپذیر در بسیاری از مناطق از رشد سوخت‌های فسیلی پیشی گرفته است. این تغییرات نه تنها به کاهش انتشار گاز کربنی می‌انجامد و خطرات بهداشتی مرتبط با آلودگی هوا را کمتر می کند، بلکه برای مقابله با تغییرات آب و هوایی کره زمین نیز ضروری است. با عنایت به تمام مواردی که ذکر شد، اراده سیاسی و حمایت عمومی برای گذار به انرژی‌های تجدیدپذیر رو به افزایش است و علیرغم وجود چالش‌هایی در این مسیر، با ادامه پیشرفت فناوری و کاهش هزینه‌ها، امکان تغییر کامل به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر، نه تنها ممکن است، بلکه در دهه‌های آینده نیز محتمل به نظر می‌رسد.

وی درباره این‌که آیا سوخت دی‌متیل‌اتر (DME) پتانسیل جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی در صنعت حمل و نقل را دارد، گفت: دی متیل اتر (DME) دارای پتانسیل قابل توجهی برای جایگزینی سوخت های فسیلی در صنعت حمل و نقل، به ویژه به عنوان جایگزین پاک برای سوخت دیزل است. خواص و روش‌های تولید آن، آن را به گزینه‌ای مناسب برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود کیفیت هوا تبدیل کرده است. احتراق دی متیل اتر به دلیل ساختار منحصر به فرد آن (فاقد پیوند کربن-کربن )، منجر به انتشار کمتر اکسیدهای نیتروژن (NOx)  و ذرات معلق در مقایسه با سوخت دیزل سنتی می‌شود. عدد ستان بالای آن، باعث می‌شود که راحت تر مشتعل شده و کاملاً بسوزد و راندمان حرارتی بالاتری را داشته باشد و عملکرد کلی بهتری در مقایسه با دیزل معمولی داشته باشد. علاوه بر این سازگاری خوبی با زیرساخت‌های موجود دارد، به طوریکه می توان دی متیل اتر را مشابه گاز مایع (LPG) حمل و نقل کرد و توزیع آن نیازی به تغییر زیرساخت‌های موجود ندارد، همچنین تطبیق پذیری خوبی با موتورهای دیزلی موجود داشته و با اعمال تغییرات جزئی در این موتورها قابل استفاده است. دی متیل اتر را می توان از مواد اولیه تجدید پذیر همچون زیست توده و بیوگاز  نیز تولید کرد که می تواند به طور قابل ملاحظه ای انتشار کلی گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهد.

خندان یادآور شد: البته استفاده از دی متیل اتر چالش‌ها و ملاحظاتی نیز دارد که نیازمند تحقیق و توسعه بیشتری است. به عنوان مثال استفاده از آن به جای دیزل تقریباً به دو برابر حجم سوخت برای همان انرژی خروجی نیاز دارد که می تواند برای طراحی خودرو و ذخیره سوخت چالش هایی ایجاد کند.

وی تاکید کرد: به طور کلی، دی متیل اتر یک جایگزین مناسب برای سوخت‌های فسیلی در بخش حمل و نقل، به ویژه برای کاربردهای سنگین است. مزایای زیست‌محیطی، سازگاری با زیرساخت‌های موجود و پتانسیل تولید انرژی‌های تجدیدپذیر، آن را به گزینه‌ای جذاب برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و انتقال به سمت منابع انرژی پایدارتر در حمل‌ونقل تبدیل می‌کند. تحقیقات و توسعه بیشتر برای رسیدگی به چالش های مرتبط با استفاده از آن و بهینه سازی ادغام آن در سیستم های فعلی مورد نیاز است.