اوایل سال جاری میلادی شرکت آلمانی زیمنس کار روی بزرگترین پروژه الکترولایزر غشاء تبادل پروتون (Proton Exchange Membrane=PEM) را شروع کرد. سایر الکترولایزرها برای عملکرد صحیح نیازمند جریان پیوسته و یکنواخت انرژی هستند اما سیستم PEM حتی با انرژی پیوسته در حال تغییر خورشید و باد، کار خود را بدون نقص انجام می‌دهد.

عصرایران؛ ابراهیم حیدری - آلمان یکی از کشورهای پیشرو در زمینه استفاده از انرژی‌های بادی و خورشیدی است و حال قصد دارد با کلید زدن بیست پروژه نمایشی که در آنها از فرآیند الکترولیز (Electrolysis) یعنی شکاف آب و تولید هیدروژن و اکسیژن برای ذخیر‌ه‌سازی انرژی استفاده می‌شود، گام‌های بسیار بزرگی در این حوزه بردارد.

به گزارش "گروه علم و فناوری" عصرایران، در این پروژه‌ها توانایی الکترولیز برای حل مهم‌ترین چالش ‌انرژی‌های تجدیدپذیر یعنی ماهیت تناوبی آنها بررسی خواهد شد. منظور از ماهیت تناوبی انرژی‌های تجدیدپذیر، عدم دسترسی همیشگی به آنهاست. به عبارت دیگر در همه سال شاهد تابش آفتاب یا وزش باد نیستیم که بتوان حجم ثابت انرژی دریافتی از این دو را به الکتریسیته تبدیل کرد.

در آلمان الکترولایزرها شامل ساختمان‌هایی به اندازه ‌کانتینرهای حمل بار بوده و انرژی تجدیدپذیر اضافی روزهای آفتابی و بادی را تبدیل به جریان الکتریکی مورد نیاز برای شروع فرآیند تجزیه آب می‌کنند. هیدروژن به دست آمده از این کار را می‌توان به زیرساخت ذخیره‌سازی و توزیع گاز طبیعی ارسال و نهایتا با عمل احتراق یا استفاده از پیل‌های سوختی، تبدیل به الکتریسیته کرد. از این هیدروژن می‌توان برای سایر مقاصد مثل تامین سوخت وسایل نقلیه گازسوز، گرم کردن خانه‌ها و حتی ساخت کود شیمایی بهره برد.

ذخیره انرژی با به کارگیری فرآیند الکترولیز

البته آلمان تنها کشوری نیست که در حال سرمایه‌گذاری روی ذخیره‌سازی انرژی هیدروژن است. کانادا نیز مقدمات چنین کاری را فراهم کرده و قصد دارد تاسیسات نمایشی بزرگی برای این منظور برپا کند.

الکترولیز در مقایسه با سایر روش‌های مرسوم ذخیر‌ه‌سازی انرژی مزایای متعددی دارد از جمله: امکان پیاده‌سازی آن در هر نقطه جغرافیایی وجود دارد، حجم عظیمی از انرژی را می‌توان توسط آن ذخیره کرد و هیدروژن حاصله را نه تنها جایگزین سوخت‌های فسیلی در تولید الکتریسیته کرد بلکه در صنایع مختلف و حتی حمل ‌و نقل که نقش بسزایی در انتشار کربن و آلوده‌سازی طبیعت دارند به کار گرفت.

پیش از این الکترولیز به خاطر بهره‌وری پایین، روشی نه چندان مناسب برای ذخیره‌سازی انرژی محسوب می‌شد چرا که 65 درصدی الکتریسیته تولیدی آن هدر می‌رفت. اما پیشرفت‌های صورت گرفته در حال کاهش هزینه‌ها بوده و استفاده گسترده از انرژی‌های تجدیدپذیر موجب نیاز به خلق روش‌های نوین و کارآمد ذخیره‌سازی شده است؛ از این رو الکترولیز در بسیاری از شرایط، تبدیل به گزینه‌ای کاربردی برای این منظور شده است.

شرکت Hydrogenics، تامین‌کننده الکترولایزرهای بسیاری از بزرگ‌ترین پروژه‌های آلمان، در حال طراحی سیستمی 40 مگاواتی است که سالانه انرژی معادل 3/4 میلیون بشکه بنزین تولید می‌کند. این شرکت اخیرا یک الکترولایزر PEM طراحی کرده که اندازه آن یک دهم الکترولایزرهای قدیمی قلیایی است. کوچک‌شدن اندازه جدای از ساده‌سازی استقرار الکترولایزرها، هزینه‌های ساخت آنها را هم کاهش می‌دهد.

ذخیره انرژی با به کارگیری فرآیند الکترولیز

بهای پرداختی مشتری‌ها برای مصرف برق تولید شده از انرژی‌های تجدیدپذیر رفته رفته در حال کاهش است زیرا الکتریسته به دست آمده از خورشید و باد به منظور حفظ پایداری شبکه باید به سرعت مصرف شود و در غیر این صورت بار اضافی به شبکه تحمیل می‌شود؛ از این رو گاهی اوقات هزینه پرداختی برای تهیه این نوع انرژی صفر می‌شود. برای مثال در تاریخ یازدهم ماه می سال جاری، آلمان هوایی کاملا آفتابی با وزش شدید باد را تجربه کرد. این شرایط آب و هوایی موجب تامین سه چهارم انرژی مورد نیاز آلمانی‌ها توسط نیروهای خورشید و باد شد. در نتیجه تامین‌کنندگان انرژی آلمان که بسیاری از آنها شهروندان عادی و پیمانکاران خصوصی‌اند در آن روز انرژی اضافی را به قیمت بسیار پایین و در پاره‌ای از موارد به صورت رایگان در اختیار مشتری‌ها قرار دادند.

در مناطقی که گاز طبیعی ارزان است استفاده از الکترولیز در مقایسه با تولید هیدروژن از گاز طبیعی، هزینه‌سنگین‌تری دارد. اما حتی در چنین مناطقی این روش در مقایسه با سایر گزینه‌های ذخیره‌سازی مثل استفاده از باتری‌ها مزایایی بیشتری دارد که نمی‌توان به سادگی از کنار آنها گذشت.

در حال حاضر ارزان‌ترین روش برای ذخیره‌سازی انرژی، پمپاژ آب به بالای تپه‌ها و سرازیر کردن آن به سمت توربین‌هاست اما الکترولیز به خاطر تطبیق‌پذیری بسیار بالا بر این روش برتری دارد. روش قدیمی وابسته به شرایط جغرافیایی مناطق مختلف است اما امکان استقرار الکترولایزرها در هر منطقه جغرافیایی وجود دارد.