Je, haidrojeni ndiyo Nishati Safi ya Wakati Ujao?

Hidrojeni ni mbadala safi kwa nishati ya kisukuku kwa sababu haitoi gesi chafu au vichafuzi. Hata hivyo, kuzalisha hidrojeni kwa kiwango kikubwa na kuitekeleza katika sekta mbalimbali ni kazi ndefu na yenye changamoto. Tembeza chini ili ujifunze kuhusu soko la nishati ya hidrojeni, matumizi yake mbalimbali, na makadirio ya siku zijazo.

Orodha ya Yaliyomo
Soko la kimataifa la uzalishaji wa hidrojeni
Matumizi ya hidrojeni
Wakati ujao wa hidrojeni

Soko la kimataifa la uzalishaji wa hidrojeni

kimataifa hidrojeni soko la uzalishaji linatarajiwa kukua kwa CAGR ya 10.5% hadi dola bilioni 263.5 kufikia 2027. Kuongezeka kwa mahitaji ya hidrojeni kwa seli za mafuta katika magari ya umeme na roketi katika tasnia ya anga ya juu kunasonga mbele soko.

Zaidi ya hayo, sera za kiuchumi ambazo nchi zinaahidi kufikia upunguzaji kaboni duniani ifikapo 2050 zimeongeza ukuaji wa soko. Mnamo 2020, Jumuiya ya Ulaya ilianzisha muundo wa kipekee hidrojeni sera inayounga mkono mipango ya uzalishaji wa hidrojeni ya kijani.

Asia Pacific inakadiriwa kuwa soko kubwa zaidi kwa hidrojeni kizazi cha mwaka 2022, huku China ikichukua nafasi kubwa zaidi. Siemens Energy (Ujerumani), ENGIE (Ufaransa), na Linde plc (Ireland) ndio wahusika wakuu wa kimataifa katika nafasi hii.

Nakala hii inashughulikia kila kitu ambacho wawekezaji wanapaswa kujua kuhusu hidrojeni kama chanzo cha nishati, matumizi yake na mustakabali wake.

hidrojeni ni nini?

Hidrojeni ni gesi inayotokea kiasili na mojawapo ya vipengele vingi vya kemikali, vinavyochangia 75% ya wingi wa ulimwengu. Ni mbadala wa mazingira rafiki zaidi kwa methane. Maji, wanyama, mimea, na wanadamu vyote vina hidrojeni atomi. Ingawa inapatikana katika karibu viumbe vyote vilivyo hai, hidrojeni kama gesi ni adimu sana.

Hidrojeni inaweza kuzalishwa kutoka kwa rasilimali mbalimbali, ikiwa ni pamoja na nishati ya nyuklia, gesi asilia, gesi asilia, na nishati mbadala kama vile jua na upepo. Lakini changamoto kubwa zaidi ni kutumia haidrojeni kama gesi kwa kiwango kikubwa kwa biashara ya mafuta.

Kwa nini hidrojeni inachukuliwa kuwa muhimu kwa siku zijazo?

Kwa miaka mingi, gesi asilia ilitumika kuongeza joto na umeme katika nyumba na biashara. Nchini Marekani, 47% ya nyumba hutegemea gesi asilia na 36% kwa umeme, wakati 85% ya kaya nchini Uingereza zinategemea gesi.

Methane ni sehemu kuu ya gesi asilia inayotokana na maeneo ya mafuta na gesi. Viwanda vimeendelea kutumia gesi asilia kwa sababu inapatikana kwa urahisi, kwa gharama nafuu, na mbadala safi zaidi ya makaa ya mawe, nishati chafu zaidi ya mafuta ambayo nchi nyingi zimeitegemea kihistoria kwa ajili ya kupasha joto na kuzalisha umeme.

Wakati gesi asilia inapochomwa, hutoa nishati muhimu; hata hivyo, hutoa kaboni dioksidi katika angahewa, na kuchangia mabadiliko ya hali ya hewa. Kinyume chake, hidrojeni hutoa tu mvuke wa maji kama bidhaa ya ziada.

Je, hidrojeni ya kijani ni tofauti gani na hidrojeni ya kijivu na bluu?

Hydrojeni ya bluu inazalishwa kwa kutumia rasilimali zisizoweza kurejeshwa kwa njia mbili tofauti. Njia ya kawaida ni urekebishaji wa methane ya mvuke, ambayo hutoa hidrojeni kwa wingi na huchangia uzalishaji mwingi wa kimataifa. Reformer hutumiwa kwa njia hii kukabiliana na mvuke kwenye joto la juu na shinikizo na methane na kichocheo cha nikeli.

Njia ya pili ni urekebishaji wa joto-otomatiki, ambapo oksijeni, dioksidi kaboni, au mvuke huguswa na methane ili kutoa hidrojeni. Ubaya wa njia hizi mbili ni kwamba zina kaboni kama bidhaa ya ziada, na hivyo kulazimisha kunasa kaboni na uhifadhi ili kunasa na kuhifadhi kaboni hii.

Vinginevyo, hidrojeni ya kijani inaweza pia kuzalishwa kwa kutumia umeme ili kuimarisha electrolyzer, ambayo hutenganisha hidrojeni kutoka kwa molekuli za maji. Hii husababisha hidrojeni safi na haitoi bidhaa zozote. Faida ya ziada ya kutumia umeme ni kwamba inaruhusu kugeuza umeme wa ziada kwa electrolysis, hivyo hutumiwa kuzalisha gesi ya hidrojeni ambayo inaweza kuhifadhiwa kwa mahitaji ya nishati ya baadaye.

Mwishowe, hidrojeni ya kijivu hutolewa kutoka kwa nishati ya mafuta, ni ya bei nafuu, na hutumiwa kwa kawaida kutengeneza mbolea. Kwa bahati mbaya, kwa kila kilo 1 ya hidrojeni ya kijivu inayozalishwa, 10kg ya dioksidi kaboni hutolewa kwenye anga. Kama matokeo, inachukuliwa kuwa aina ndogo ya hidrojeni inayoweza kurejeshwa.

Matumizi ya hidrojeni

Hidrojeni ina aina mbalimbali za matumizi na hutumiwa katika michakato mbalimbali ya viwanda. Nchini Marekani, karibu haidrojeni yote hutumika kusafisha mafuta ya petroli, kusindika vyakula, kutengeneza mbolea, na kutibu metali. Viwanda vya kusafisha mafuta nchini vinatumia hidrojeni kupunguza kiwango cha salfa katika mafuta.

Inatumika kwa uchunguzi wa anga ya nje

Utawala wa Kitaifa wa Anga na Anga (NASA) umekuwa ukitumia haidrojeni kama mafuta ya roketi tangu miaka ya 1950. NASA ilikuwa ya kwanza kutumia mifumo ya umeme ya vyombo vya anga na seli za mafuta ya hidrojeni.

Seli za mafuta ya hidrojeni hutoa umeme

Kwa kuchanganya atomi za oksijeni na hidrojeni, hidrojeni seli za mafuta huzalisha umeme. Kama betri, hidrojeni humenyuka pamoja na oksijeni katika seli ya kielektroniki ili kutoa umeme. Kuna aina mbalimbali za seli za mafuta zinazopatikana kwa matumizi tofauti.

Seli ndogo za mafuta zinaweza kuwasha simu za rununu na kompyuta. Kinyume chake, seli kubwa za mafuta zinaweza kuwasha gridi za umeme, kutoa nishati ya dharura katika majengo, na kusambaza umeme katika maeneo ambayo hayajaunganishwa kwenye gridi za umeme.

Kufikia mwaka wa 2021, kulikuwa na takriban jenereta 166 zinazotumia nishati ya seli za mafuta katika maduka 113 nchini Marekani, zenye uwezo wa takribani megawati 260 (MW). Ikiwa na takriban MW 16 za uwezo wa kuzalisha, Seli ya Mafuta ya Bridgeport (Connecticut) ndicho kituo kikubwa zaidi cha kuzalisha seli moja ya mafuta.

Kituo kikubwa kinachofuata, Red Lion Energy Center huko Delaware, kina uwezo wa kuzalisha umeme wa MW 6. Takriban seli hizi zote za mafuta zinazofanya kazi hutumia gesi asilia ya bomba kama chanzo cha hidrojeni, ilhali zingine hutumia gesi ya kutupia taka na gesi asilia.

Inatumika katika mitambo ya nguvu

Kuna nia inayoongezeka ya kutumia hidrojeni katika mitambo ya kuzalisha umeme nchini Marekani. Mitambo kadhaa ya nguvu imetangaza hamu yao ya kufanya kazi kwenye mchanganyiko wa mafuta ya gesi-hidrojeni katika mitambo ya gesi inayowaka. Kwa mfano, kituo cha Kuzalisha Nishati cha 485 MW Long Ridge huko Ohio, ambacho kina turbine ya mwako wa gesi inayotumia mchanganyiko wa 95% ya gesi asilia/5% ya mafuta ya hidrojeni, inapanga kutumia 100% ya hidrojeni ya kijani inayozalishwa kwa kutumia rasilimali zinazoweza kurejeshwa.

Mfano mwingine ni mtambo wa Wakala wa Umeme wa Intermountain huko Utah, ambao unapanga kubadilisha kituo kilichopo cha nishati ya makaa ya mawe kuwa kituo cha pamoja cha kutumia gesi ambacho kitatumia hadi 30% ya hidrojeni na hatimaye kutumia 100% ya hidrojeni ya kijani.

Inatumika katika magari

Chini ya Sheria ya Sera ya Nishati ya 1992, hidrojeni inachukuliwa kuwa mbadala wa mafuta ya gari. Kuna ongezeko la hamu ya hidrojeni kwa sababu inaweza kuwasha seli za mafuta katika magari yasiyotoa hewa sifuri, ina uwezo wa ufanisi wa juu, na inajivunia uwezekano wa kuahidi kwa uzalishaji wa ndani.

Seli ya mafuta inaweza kuwa na ufanisi mara 2 hadi 3 kuliko injini za mwako wa ndani zinazoendeshwa na nishati ya kisukuku. Haidrojeni pia inaweza kutumika kutia injini za mwako ndani, lakini hutoa oksidi ya nitrojeni.

Magari yanayotumia mafuta ya hidrojeni ni machache leo kwa sababu seli za mafuta ni ghali, na kuna idadi ndogo ya vituo vya mafuta ya hidrojeni. Kuna takriban vituo 48 vya hidrojeni vinavyopatikana nchini Marekani, na karibu vyote viko California.

Nchi zinazopita kwenye uchumi wa kijani wa hidrojeni

Australia: Licha ya kuwa na uwepo mdogo katika masoko ya hidrojeni ya kijani kibichi, Australia imeshirikiana na mashirika mbalimbali kuendeleza miradi ya jua na upepo ambayo inakuza uzalishaji wa hidrojeni inayoweza kurejeshwa.

Canada: Kanada ina sehemu inayostawi ya hidrojeni na seli ya mafuta kutokana na ushirikiano wa pamoja na uwekezaji kutoka kwa sekta ya kibinafsi na ya umma. Wachezaji wa kimataifa katika sehemu hii, kama vile Ballard Power Systems na Hydrojenis, pia wanaishi Kanada.

China: Magari ya haidrojeni hayatozwi kodi katika nchi hii, na hidrojeni inachukuliwa kuwa njia inayoweza kutumika ya kusafirisha kaboni. Zaidi ya hayo, Wuhan inachukuliwa kuwa jiji la hidrojeni kwani inapanga kufungua angalau 100 za mafuta. vituo vya magari ya seli za mafuta na 2025.

Japan: Japan ndiyo inayoongoza duniani katika utengenezaji wa seli za mafuta ya hidrojeni kutokana na watengenezaji wa magari Toyota na Honda. Taifa pia lina hamu ya kubadili kutoka kwa gesi asilia iliyosafishwa hadi hidrojeni ya kijani.

Wakati ujao wa hidrojeni

Mahitaji ya hidrojeni

Kwa kifupi, hidrojeni itatumika katika sekta zilizo na shinikizo la kijamii la kuondoa kaboni. Makampuni ya bidhaa za watumiaji katika EU yanazidi kuvutiwa na vyanzo vya nishati mbadala.

Haidrojeni inatarajiwa kupunguza kaboni malisho ya viwandani na uzalishaji wa umeme katika siku za usoni. Kwa muda mrefu, uzalishaji wa amonia na mafuta ya hidrokaboni ya synthetic inayotokana na hidrojeni itaruhusu uondoaji wa kaboni wa sekta ngumu zaidi za kupunguza, kama vile usafiri wa anga.

Ugavi wa hidrojeni

matumizi ya hidrojeni itakuwa ya kawaida zaidi ikiwa gharama ya hidrojeni ya kijani itaanguka kwa kiasi kikubwa. Kuna uwezekano mkubwa wa hidrojeni ya bluu kutumika kukidhi mahitaji ikiwa bei zitakuwa za juu kwa muda mfupi.

Usambazaji wa hidrojeni

Mfumo wa usambazaji wa ufanisi utakuwa mahali pa kusambaza hidrojeni, ikiwa ni pamoja na bomba lililounganishwa vizuri na meli na lori. Kwa sababu kujitolea hidrojeni mtandao hautasambazwa sana kama mtandao wa sasa wa gesi asilia, usambazaji wa hidrojeni kupitia lori utahitajika. Uagizaji bidhaa kupitia mabomba na meli itakuwa muhimu katika kukidhi mahitaji ya ndani.

Kwa kuzingatia gharama za juu za usafiri, hidrojeni ya ndani inayozalishwa kutoka kwa umeme wa gharama nafuu inayoweza kurejeshwa itabaki kuwa ya ushindani dhidi ya hidrojeni iliyoagizwa kutoka nje. Kadiri mahitaji ya hidrojeni yanavyoongezeka, uzalishaji wa kati kupitia muundo wa bomba hadi uhifadhi wa kiwango kikubwa utavutia zaidi.

Mtazamo wa sera

Kuna uwezekano mkubwa wa Ulaya kuendesha tasnia ya hidrojeni, kufungua fursa mpya katika maeneo mengine, kama vile kutengeneza vidhibiti vya umeme na seli za mafuta huko Asia na kusafirisha rasilimali zinazoweza kurejeshwa kutoka Mashariki ya Kati na Amerika Kaskazini.

Gharama ya electrolyzers na seli za mafuta lazima zipunguzwe kwa ugavi wa hidrojeni wa muda mfupi. Hata hivyo, hidrojeni daima itakuwa ghali zaidi kuliko nishati ya mafuta, na hivyo kuhitaji motisha ya sera kuwa ya ushindani.