تالیف کتاب: "انرژی های زیستی و هیدروژنی راهکاری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای"

 تالیف:

دکتر علیرضا واعظی

عضو هیت علمی

پژوهشکده علوم زمین، سازمان زمین شناسی و معدنی کشور

مهندس عمار قاسمیان عزیزی

دکتر حمید نظری

رییس کرسی یونسکو در مخاطرات زمین شناختی سواحل

اگرچه ساکنان زمین از 500 میلیون سال پیش تاکنون هیچ نقشی در وقوع پنج انقراض جهانی قبلی نداشته اند، اما مطمئناً بی دلیل نخواهد بود که فرض کنیم شروع ششمین انقراض جهانی می تواند به دلیل تعامل بد انسان در دوران پسا صنعتی بر روی زمین باشد.
آب و هوای زمین در طول تاریخ به دلایل طبیعی مانند تغییر در تابش خورشیدی، حرکات مداری، کوهزایی و نوسانات اقیانوسی تغییر کرده است (Bytnerowicz et al., 2007; Nakicenovic et al., 2000). با این حال، از زمان شروع انقلاب صنعتی در قرن هجدهم، افزایش شدید انتشار گازهای گلخانه ای (به عنوان مثال بخار آب، دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن و ازن) منجر به گرم شدن کره زمین و تغییر شدید در شرایط آب و هوایی موجود شده است (Le Treut et al., 2010; IPCC 2019).
به طور خاص، فعالیت‌های انسانی مرتبط با سوزاندن سوخت‌های فسیلی باعث افزایش سطح دی اکسید کربن در جو از ppm 280 در سال 1750 به بیش از ppm 400 در سال‌های اخیر شده است (IPCC 2019, 2021). از دهه 1970، داده های میانگین دمای سطح جهانی روند گرمایش خطی حدودا 9/0 درجه سانتی گراد را نشان داده است (Millar et al., 2017). برخلاف دما که تقریباً در سراسر جهان افزایش یافته است، بارندگی پاسخ متغیری دارد، در برخی مناطق کاهش و در برخی دیگر افزایش یافته است (Archer & Rahmstorf, 2011; Konapala et al., 2020). از این رو، یک بحث مداوم در مورد چگونگی تأثیر گرمایش جهانی بر بارش های آینده و سیستم های آب و هوایی اصلی روی زمین وجود دارد (Donat et al., 2016)..
اخیرا ارزیابی‏های نگران کننده منطقه ای و بین المللی از آینده اقلیمی سواحل حاشیه خلیج فارس ارائه شده است. این تغییرات دما در سواحل جنوبی ایران پیامدهای شدیدی دارد. برای مثال، بررسی ناسا، مناطقی را نشان می‌دهد که طی ۳۰ سال آینده به خاطر گرمای جهانی، قابل سکونت نخواهند بود. میزان افزایش دما نسبت به دوران پیش از صنعتی شدن، عواقب جدی برای زمین دارد. دانشمندان بر این باورند که تا سال ۲۰۵۰، جنوب آسیا، سواحل خلیج فارس شامل سواحل ایران، عمان، کویت و همچنین کشورهای هم مرز با دریای سرخ مانند مصر، عربستان سعودی، سودان، اتیوپی، سومالی یا حتی یمن دیگر قابل سکونت نخواهند بود. آسیای جنوبی، برزیل و ایالت‌های آمریکا مانند آرکانزاس، میزوری و آیووا نیز ممکن است در سال ۲۰۷۰ با سرنوشت مشابهی روبه‌رو شوند.
 هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم در گزارش خود، در مورد پیامدهایی هشدار داد که به دلیل گرم شدن سیاره ما ایجاد می شوند. این پیامدها، موج‌های گرما، خشکسالی، سیل، آتش‌سوزی و آب شدن یخ‌ها را در بر دارد. یکی از پیامدهای افزایش دما را نیز می‌توان در حوزه اقتصاد مشاهده کرد زیرا اگر کاری انجام نشود، بین ۳۵ تا ۱۳۲ میلیون نفر ممکن است تا سال ۲۰۳۰ در فقر شدید فرو بروند.
عواقب افزایش دما برای بشریت، فاجعه‌بار خواهد بود. ممکن است تکرار موج گرما به تدریج بیشتر و بیشتر شود. براساس گزارش هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم، میزان تأثیرات تغییر اقلیم بر مناطق گوناگون، به مرور زمان و با توانایی سیستم‌های مختلف اجتماعی و محیطی برای کاهش تغییرات یا سازگاری با آنها متفاوت خواهد بود.
افزایش خشکسالی و آتش‌سوزی، افزایش سیل و آب و هوای ناملایم، آب شدن یخ و بالا آمدن سطح دریا، فروپاشی کشاورزی و شیلات، همه‌گیری و افزایش شیوع بیماری، اختلال در اکوسیستم و انقراض گونه‌ها از پیامدهای قابل توجهی هستند که ممکن است در نتیجه افزایش دمای جهانی ایجاد شوند.
پیش‌بینی می‌شود که همه این مشکلات از هم اکنون تا سال ۲۰۵۰ بدتر شوند. تنها پرسش این است که آیا اوضاع پس از بدتر شدن، بهتر خواهد شد یا خیر؟ تفاوت بین این دو پرسش، به تلاش ما به عنوان یک گونه زنده برای رسیدگی به عادات و وابستگی‌هایمان برمی‌گردد. همان گونه که پژوهش‌ها نشان می‌دهند، تأثیر کلی ما بر محیط زیست، تا اندازه زیادی به توانایی ما در محدود کردن انتشار کربن بستگی دارد.
اگرچه گفته می‌شود که هر مشکلی، راه حلی دارد اما در بسیاری از موارد، هر راه حل بالقوه دارای یک فرصت است. در صورت از دست دادن آن فرصت، مشکل بدتر خواهد شد و به اقدامات بیشتری نیاز خواهد داشت. اگر بشریت بتواند انتشار کربن خود را از هم اکنون تا سال ۲۰۵۰ به میزان قابل توجهی کاهش دهد، می‌توانیم انتظار داشته باشیم که تغییرات آب و هوا در سیاره ما کنترل شوند.
اگر نتوانیم این تغییرات را کنترل کنیم، باید منتظر پیامدهای شدیدی باشیم. همراه با همه تغییراتی که به سرعت در حال رخ دادن و تغییر دادن زندگی ما هستند، به طور منطقی باید انتظار داشته باشیم که جهان سال ۲۰۵۰ بسیار متفاوت با جهان امروز باشد. در واقع می‌توان گفت که این تفاوت برای ترساندن و مبهوت کردن هر کسی که امروز زنده است، کافی خواهد بود.
در هر حال، سال ۲۰۵۰ خواه ناخواه فرا خواهد رسید و نادیده گرفتن تغییرات، راه موثری برای مقابله با آنها نیست. موضوع مهم این است که ما در این سیاره و در حال حاضر چه می‌کنیم و چقدر چشم‌انداز این تغییرات را جدی می‌گیریم. اگر ما وظایف خود را به درستی انجام ندهیم، ممکن است اوضاع پیش از بهتر شدن، بدتر شود.
توافقنامه اقلیمی پاریس در سال 2015 قصد دارد میانگین افزایش دما را به کمتر از 2 درجه سانتیگراد نگه دارد و "تلاش ها" را برای محدود کردن آن به 1.5 درجه سانتیگراد ادامه دهد. این تنها راه برای جلوگیری از اثرات نامطلوب و غیرقابل پیش بینی آب و هوا در مقیاس محلی و منطقه ای است (IPCC, 2021; Millar et al., 2017; Rogelj et al., 2018).
اگر چه برای نخستین بار آمار جان باختگان از پرخوری بیش از قربانیان فقر غذایی، و آمار مرگ ناشی از کهولت و پیری بیش از بیماری و همه‏ گیری است، ولی هویدا شدن نشانه‏ هایی آشکار از تغییرات اقلیمی با دگرگونی‏های آب و هوایی همچون رخداد توفان، سیل و خشکسالی‏ های جان فرسا، نوع انسان را در برابر تصمیم بزرگی در ایجاد توازن بین مفاهیم توسعه و توسعه پایدار! با ترسیم نقشه راه نجات زمین و یا بعبارت دیگر نجات گونه انسان قرارداده است.   
افزایش روزافزون نیاز به انرژی، محدودیت سوخت ‏های فسیلی، اثرات گلخانه ‏ای و  گرمایش جهانی در کنار آلودگی‏ های زیست محیطی ناشی از استفاده از مواد فسیلی، موجب توجه روز افزون به منابع تجدیدپذیر شده است. در حال حاضر بشر به روش های نوآورانه و کم هزینه تری برای جذب و نگهداری انرژی های پاک دسترسی پیدا کرده است و انرژی های تجدیدپذیر به منبع مهمتری تبدیل شده اند.
کتاب حاضر با عنوان انرژی های زیستی و هیدروژنی، راهکاری برای کاهش گازهای گلخانه ای در چهار فصل 234 صفحه ای تدوین شده است که نام هر فصل باتوجه به عنوان کتاب که دغدغه حال حاضر جامعه بشری می باشد انتخاب شده است. فصل اول با هدف دستیابی به نشر صفر خالص CO2 تا سال 2070،  با عنوان "فناوری‏ های مورد نیاز به جهت دستیابی به نشر صفر خالص" نامگذاری شد. در این فصل، فن آوری‏های خاص در راستای تحول بخش انرژی ‏ معرفی می شوند و با نگاه به سال 2070، به تفصیل به شرح چهار فناوری که منجر به ذخیره 50 درصد از CO2 تجمعی می شوند می پردازد و بهره وری بیشتر انرژی و استفاده از انرژی ‏های تجدید پذیر را ارکان اصلی در جهت دستیابی به نشر صفر خالص می داند. در راستای مقابله با گرمایش جهانی و پیامدهای آن باید به دنبال راه‏ هایی برای کاهش میزان نشر ناشی از سوخت‏ های فسیلی که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند و یا به منظور تولید برق در نیروگاه ‏ها سوخته می ‏شوند، باشیم. استفاده بیشتر از انرژی پاک به منظور کربن زدایی الزامی است.  در ادامه با ترسیم الگو در راستای انتقال هر چه بیشتر مصرف انرژی جهانی به سمت انرژی های پاک منجر به کاهش سریعتر گازهای گلخانه‏ ای و دستیابی به نشر خالص صفر می‏شود که که از اهداف توافق نامه پاریس (2015) است. همچنین سعی بر آن است که در این فصل از کتاب، رویکرد فناوری‏ های انرژی پاک و به طور خاص گذار انرژی که در حصول به اهداف توسعه پایداری انرژی و مقابله با گرمایش جهانی مورد نیاز می‏ باشد مورد ارزیابی قرار گیرد. طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی دو سناریو مختلف برای چشم انداز انرژی جهانی وجود دارند و در ادامه الگوی دستیابی به نشر صفر خالص در سناریو توسعه پایدار به تفصیل مورد بحث اصلی قرار گرفته به صورت مختصر با سناریو دیگر مورد مقایسه قرار گرفته است. الگوی نشر CO2، مزایای بهره وری انرژی، فناوری های دستیابی به نشر صفر در دراز مدت، پیامدهای انرژی، کاهش آلودگی و تمرکز بر کارایی مواد در سناریو توسعه پایدار نیز مورد بحث قرار گرفت. در ادامه به بحث در خصوص چشم اندازها و آمادگب در زنجیره های ارزش فناوری کم کربن پرداخته خواهد شد و اهمیت پرداختن به این موضوع به این دلیل است که توسعه یک فناوری جدید و ورود موفق آن به بازار معمولاً یک فرآیند طولانی است. فناوری‏ ها مسیری را طی ‏می‏کنند که در آن از یک مفهوم اولیه به نمونه اولیه تبدیل ‏می‏شوند و سپس در مقیاسی مشخص ارائه می‏شوند و در صورت موفقیت، به طور گسترده تری پذیرفته و تجاری ‏می‏شوند. و در نهایت سطوح مختلف آمادگی فناوری مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.
        فصل دوم بیانگر راهبردهای اصلی کربن زدایی در سناریو توسعه پایدار را به تفصیل بیان می کند. به منظور به کارگیری از راهبرد‏های کربن زدایی، به فناوری‏های نوینی احتیاج است؛ فناوری‏ هایی که ‏می‏ بایست به مرحله عرضه در بازار رسیده و روز به روز نیز بجهت افزایش کارایی و بهبود راندمان آنها اقدامات موثری انجام شود که این فناوری ها به تفصیل شرح داده شد و همچنین استفاده از این فناوری ها درصنایع مختلف بررسی شد. در ادامه به بررسی هزینه ها، سرمایه گذاری ها و هزینه های خارجی کاهش یافته در گذار انرژی خواهیم پرداخت که عمده سرمایه گذاری ‏ها در بخش انرژی مربوط به سرمایه گذاری در انرژی‏ های تجدیدپذیر و بهره وری انرژی است.
افزایش قابل ملاحظه در میزان سرمایه گذاری مورد نیاز عمدتا به دلیل توسعه زیرساخت ‏ها است. با این حال، صرفه جویی در هزینه ‏ها به طور قابل توجهی بیشتر از افزایش هزینه‏ ها صورت ‏می‏گیرد، زیرا به سبب آن هزینه‏ های آلودگی هوا، هزینه های درمان و همچنین هزینه ‏های ناشی از آسیب‏ های زیست ‏محیطی به سبب نشر CO2 کاهش ‏می‏ یابد. موضوع سلامتی از سه برابر هزینه‏ های اضافی جهت کربن انسان (عامل اصلی سیاست‏ های انرژی در بسیاری از کشورها) و انتشار کمتر CO2 از سوخت‏های فسیلی، موجب صرفه جویی (به طور متوسط) سالانه 6 تریلیون دلار تا سال 2050 خواهد شد که این مبلغ هزینه اضافی از کربن زدایی می‏ باشد.
همچنین در ادامه به بررسی مزایای دیگر استقرار انرژی تجدیدپذیر و بهره وری انرژی شامل مصرف آب کمتر، ایجاد شغل جدید و همچنین تولید ناخالص داخلی بیشتر می پردازد که در مجموع موجب پیشرفت کلی در رفاه خواهد شد. شاخص رفاه  در این تجزیه و تحلیل سه بعد از توسعه پایدار را پذیرفته است: اقتصادی، اجتماعی و زیست ‏محیطی. همچنین این تجزیه و تحلیل شش زیر شاخص را شامل می‏شود که در زیر مجموعه‏ های اقتصادی، اجتماعی و زیست ‏محیطی از شاخص کلی رفاه جمع ‏می ‏شوند که این موارد نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
با توجه به اینکه در سال‏ های اخیر انرژی خورشیدی و بادی در کشور بیشتر مورد توجه بوده است و مطالب بیشتری در این خصوص به رشته تحریر در آمده است، از این رو در این نوشتار بر هیدروژن و انرژی زیستی تمرکز بیشتری شده است و فصل‏ های سوم و چهارم را به این دو موضوع  کمتر شناخته شده ولی بسیار مهم در آینده انرژی جهان اختصاص داده‏ایم. پیش بینی می شود که در آینده سهم و نقش انرژی زیستی در کنار هیدروژن سبز بسیار پررنگ تر خواهد بود. بر اساس برآوردها هیدروژن و انرژی زیستی به طور متوسط 60% از تقاضای گرمایش فضای جهانی را در سال 2070 تشکیل میدهد، در حالی که 20 درصد از این مورد را برق تشکیل خواهد داد. سهم زیست توده پایدار در تقاضای انرژی اولیه، تا سال 2070 دوبرابر شده و به 20 درصد خواهد رسید که به منظور ساخت سوخت‏های زیستی، حمل و نقل، تولید برق و همچنین گرمایش استفاده خواهد شد. از دیدگاه سناریو توسعه پایدار انرژی زیستی منجر به کاهش  12 درصدی نشر تجمعی میگردد.
فصل سه به بررسی نقش زیست توده در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، در امنیت تامین انرژی از طریق انرژی های تجدیدپذیر می پردازد که در صورت بهبود سیاست های اقلیمی و جهانی می توان باعث تسریع در پیشرفت این نوع انرژی ها شد و از تاثیرات منفی نامطلوب آن جلوگیری کرد. گرما و انرژی حاصل از زیست توده در صنایع و مناطق مختلف جهان مورد بررسی قرار گرفت و به مقابسه زیست توده سنتی و مدرن پرداخته شد. پیش بینی وضعیت منابع زیست توده در جهان، منابع زیست توده، مسیرهای تبدیل انرژی زیستی، گزینه های تبدیل و چشم انداز، راندمان تبدیل و کاربرد، تبدیل محلی یا بزرگ مقیاس، محرک های انرژی زیستی و تاثیرات زبست محیطی انرژی زیستی از جمله مباحثی بود که به تفصیل به آن پرداخته شد. با این حال بحث قابل توجهی درمورد یافتن بهترین راه برای طراحی و اجرای سیاست های مربوط به استفاده از زیست توده در هر کشوری وجود دارد که در ادامه این فصل بیشتر به آن پرداخته شده است. در بخش‏های قبل فصل سه گزینه‏های مختلف موجود بجهت بهبود استفاده از زیست توده در حوزه انرژی از نظر استفاده از پتانسیل کامل آن به عنوان یک منبع انرژی و بهبود تأثیرات مثبت آن بر انتشار گازهای گلخانه‏ای و محیط زیست و مبحث تغییرات اقلیم، امنیت تأمین انرژی و غیره بحث شده است. چالش دیگری با تکیه بر تفسیر این نتایج نسبت به سیاست‏های بهبود یافته شرح داده شد که ‏می‏تواند این پیشرفت‏ها را تسریع کند و از تأثیرات منفی نامطلوب آن جلوگیری کرده و اطمینان حاصل کند که اقدامات لازم انجام شده و یا در دست اقدام است.
 همچنین در انتهای این فصل اطلاعات آماری که توسط آژانس بین المللی انرژی های تجدیدپذیر بین سال های 2010 تا 2020 منتشر شده آورده شده است.
در فصل چهار با عنوان هیدروژن، سعی شده است تا اهمیت موضوع هیدروژن در آینده جهان به نمایش گذاشته شود و سرآغازی بر حرکت جدی کشور به منظور استفاده از آن در سبد انرژی آینده کشور باشد. موضوع اصلی در این فصل هیدروژن سبز ‏می ‏باشد. تبدیل هیدروژن سبز از یک بازیگر کم اثر در کشور و بازارهای جهانی به یک بخش مهم و تاثیر گذار در بازار انرژی، نیازمند سیاست یکپارچه با رویکرد مقابله با مقاومت اولیه در برابر ورود هیدروژن به عنوان یک بخش مهم از بازار انرژی است. به منظور دستیابی به این هدف، به درک مفاهیم مهمی نیاز است که در این فصل از کتاب تلاش شده است مورد ارزیابی و شفاف سازی قرار گیرد.
در  ادامه چرایی لزوم نقشه راه به جهت استفاده از هیدروژن و هیدروژن و مسیر آن تا سال 2050 مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات دانشگاهی و تحقیقات مهندسی مختلف، منجر به ایجاد روش‏ های مختلف تولید هیدروژن در جهان شده است. هر یک از این روش ‏ها از نظر میزان نشر گازهای گلخانه‏ ای مخصوص به خود و همچنین میزان پتانسیل رقابت نسبی آن‏ها با یکدیگر متفاوت ‏می ‏باشند. همچنین نوع فناوری انتخاب شده و منبع تامین انرژی در آن فناوری منتخب، تاثیر بسزایی در بهای تمام شده هیدروژن تولیدی دارد که موضوع بسیار مهم و کلیدی در توسعه روش و یا روش ‏های منتخب است. جهت بررسی این موضوع ‏می‏بایست در گام نخست انواع هیدروژن را بر مبنای منبع تولید آن شناخت که به تفصیل به آن پرداخته شده است. با توجه به نوظهور بودن علاقه به استفاده از هیدروژن به جهت کاهش نشر گازهای گلخانه‏ ای در مسیر جلوگیری از تشدید تغییرات اقلیمی، نقشه راه جهانی و یا منطقه ‏ای و همچنین نقشه راه برای کشور ایران دارای مسیر مشابهی می ‏باشد چراکه جهان در ابتدای این مسیر قراردارد. به همین منظور جا ماندن و تعلل بخصوص جاماندگی در زمیته فناوری در این عرصه در کشور، سبب خواهد شد که در آینده جزو کشورهای وابسته و عقب افتاده در این حوزه محسوب گردیم و همانگونه که در گذشته از انقلاب صنعتی جهان بازمانده‏ایم و کماکان تحت تاثیر آن ‏می‏باشیم، جاماندگی در این حوزه در آینده اثر منفی ملموسی در تمام کشور برای آیندگان خواهد داشت. به همین سبب این موضوع نیز از مواردی بود که با نگاه ویژه به جهان و علی الخصوص کشور ایران به آن پرداخته شد.
دست یابی به اهداف بزرگ ذکر شده در بخش‏های گذشته، بدون تعریف پروژه‏های سرمایه گذاری و ابلاغ دستورالعمل‏های سرمایه گذاری امری ناممکن است. کشورهای پیشرو و حساس در خصوص تغییرات اقلیم، با حمایت بانک‏های مرکزی و سایر بانک‏های خصوصی خود و همچنین اخذ حمایت‏های شرکت‏های بزرگ سرمایه گذاری، بصورت فزاینده‏ای در حال توسعه و برنامه ریزی در این خصوص بوده و تعلل در این رابطه را عقب افتادگی در زمینه فناوری برای خود قلمداد میکنند. تدوین این دستورالعمل‏ ها ‏می ‏بایست بصورت تخصصی و لازم الاجرایی صورت پذیرد. لذا این موضوع نیز مورد اهمیت واقع شد.
مطالب مرتبطی که در ادامه به آن پرداخته شده است شامل ایجاد افزایش چشمگیر در مصرف هیدروژن و افزایش ظرفیت دستگاهی تولید آن، گزارش مرکز راهکارهای اقلیمی و انرژی ایالات متحده درخصوص هیدروژن، گزارش سازمان بین المللی انرژی، تولید هیدروژن از آب و برق، فناوری های موجود در حوزه الکترولیز آب، مسیرهای حرارتی جهت تولید هیدروژن با تمرکز بر انرژی هسته ای، ذخیره سازی انتقال و توزیع هیدروژن، کاربردهای صنعتی هیدروژن و پتانسیل های آتی آن با تمرکز بر صنایعی چون پالایشگاه نفت، پتروشیمی و صنعت فولاد که سهم مهم و به سزایی در صنعت و اقتصاد کشور ایران دارند، چالش های استفاده از هیدروژن به عنوان یک منبع حرارتی، فرصت های استفاده از هیدروژن در حمل و نقل، ساختمان و تولید برق، ابتکارات در بخش های خصوصی و عمومی جهت استفاده از هیدروژن در حمل و نقل جاده ای، ارکان لازم به منظور سیاست گذاری جهت استفاده از هیدروژن سبز  می باشد.
باتوجه به مطالب ارائه شده در این کتاب، مخاطب اصلی این کتاب سیاستمداران و مدیران ارشد صنایع مهمی چون نفت، گاز، پتروشیمی و فولاد می باشد. همچنین محققان دانشگاهی و پژوهشی نیز می توانند با بهره گیری از مطالب این کتاب سند چشم انداز آینده این انرژی را مورد مطالعه قرار داده و مبنای تحقیقات بعدی خود قرار دهند.