HPCL الهندية تبدأ تشغيل وحدة إنتاج الهيدروجين الأخضر بطاقة 370 طنًا سنويًا

أخبار ar.wedoany.com، يتجه التحول العالمي للطاقة نحو حملي الطاقة: "الجزيئات" و"الإلكترونات". فقد أدت الكهرباء المتجددة إلى تسريع عملية إزالة الكربون من قطاع الكهرباء، غير أن القطاعات التي يصعب خفض انبعاثاتها، مثل التكرير والصلب والكيماويات والأسمدة والطيران والشحن البحري، ما تزال بحاجة إلى حامل طاقة قادر على توفير الحرارة للعمليات الصناعية وأداء وظائف كيميائية في آن واحد. وفي مسارات الحياد الصفري المتعددة، يُعد الهيدروجين الأخضر أحد أكثر الحلول الممكنة من الناحية العملية.

بالنسبة لصناعة التكرير، يمثل الهيدروجين الأخضر فرصة وضرورة في الوقت نفسه. إذ يقترب الطلب العالمي الحالي على الهيدروجين من 100 مليون طن سنويًا، يستهلك قطاعا التكرير والأمونيا والميثانول والصناعات الكيماوية أكثر من 95% منه، ويستحوذ التكرير وحده على ما بين 15% و20% من إجمالي الاستهلاك، مما يجعله أحد أكبر المستخدمين الصناعيين للهيدروجين على مستوى العالم. ومع ذلك، لا يزال أكثر من 99% من الهيدروجين المنتج عالميًا مشتقًا من الوقود الأحفوري، ويُنتَج أساسًا عبر إصلاح الميثان بالبخار (SMR) وتغويز الفحم، بكثافة انبعاثات كربونية عالية. ومن ثم، يُعد التحول من الهيدروجين الرمادي إلى الهيدروجين الأخضر أحد أكثر نقاط التدخل تأثيرًا في إزالة الكربون من القطاع الصناعي.

الهيدروجين ليس عنصرًا غريبًا على مصافي التكرير. فمصفاة حديثة تستهلك عشرات الآلاف من الأطنان من الهيدروجين سنويًا لتحويل النفط الخام إلى وقود نقل أنظف. ومع استمرار تشديد المواصفات القياسية للوقود، يتزايد الطلب على الهيدروجين داخل المصافي نفسها. وتتجلى هذه الفرصة بشكل خاص في الهند، حيث تستهلك المصافي الهندية مجتمعة حوالي 2 إلى 3 ملايين طن من الهيدروجين سنويًا، يُنتَج حاليًا في معظمه عبر مسارات الوقود الأحفوري. ونظرًا لامتلاك المصافي بنية تحتية متكاملة لإنتاج الهيدروجين ومعالجته وتخزينه وضغطه وتنقيته وتوزيعه، فإنها تُعد من أسرع القنوات لترسيخ استخدام الهيدروجين الأخضر على المستوى الصناعي. والأمر هنا لا يتعلق بخلق طلب جديد على الهيدروجين بقدر ما يتعلق بإزالة الكربون من مادة خام صناعية قائمة وذات أهمية استراتيجية.

على الصعيد العالمي، يقوم عدد من شركات التكرير بتقييم أو تنفيذ مشاريع للهيدروجين الأخضر. فقد ظهرت في أوروبا استثمارات واسعة النطاق لدمج إنتاج الهيدروجين عبر التحليل الكهربائي مع عمليات التكرير، كما تستكشف كبرى شركات الطاقة مشاريع ضخمة تجمع بين توليد الكهرباء المتجددة وإنتاج الهيدروجين بهدف خفض انبعاثات التكرير وإنتاج وقود مستدام. ونتيجة لذلك، يُنظر إلى المصافي بشكل متزايد على أنها "مستهلك راسخ" لاقتصاد الهيدروجين الناشئ.

في إطار البعثة الوطنية للهيدروجين الأخضر (National Green Hydrogen Mission)، وضعت الهند أهدافًا واضحة، معتمدةً الهيدروجين ركيزة استراتيجية لتحقيق الاستقلال في مجال الطاقة ورؤية الحياد الصفري. وتخطط البعثة لبناء قدرة إنتاجية للهيدروجين الأخضر تبلغ 5 ملايين طن سنويًا بحلول عام 2030، باستثمارات تقارب 200 مليار روبية. ويتطلب تحقيق هذا الهدف نحو 250 إلى 275 تيراواط/ساعة من الكهرباء المتجددة سنويًا. وبحساب استهلاك 50 إلى 55 كيلوواط/ساعة من الكهرباء لإنتاج كيلوغرام واحد من الهيدروجين الأخضر، فإن القدرة المركبة من الطاقة المتجددة المطلوب دمجها تتراوح بين 45 و60 جيجاواط، وذلك حسب معامل السعة.

ومن المتوقع أن تلعب صناعة التكرير دورًا محوريًا في هذا التحول. فدمج الهيدروجين الأخضر في عمليات التكرير يمكن أن يقلل الانبعاثات مباشرة دون الحاجة إلى تعديل جذري في وحدات المعالجة النهائية. وقد أعلنت عدة شركات تكرير هندية عن مبادرات ومشاريع تجريبية وخطط نشر على نطاق تجاري في مجال الهيدروجين الأخضر. وقد دشّنت شركة هندوستان للبترول المحدودة (Hindustan Petroleum Corporation Limited, HPCL) وحدة لإنتاج الهيدروجين الأخضر بطاقة 370 طنًا سنويًا في مصفاتها بفيساخاباتنام، لتصبح بذلك أول مصفاة في الهند تنتج الهيدروجين الأخضر وتستخدمه فعليًا في عمليات التكرير. وستوفر هذه النوعية من المشاريع خبرة تشغيلية قيمة للتوسع في نطاق أوسع والانتقال إلى المرحلة التجارية لاحقًا.

على الرغم من أن المصافي تمثل نقطة الدخول الطبيعية، فإن نطاق تطبيقات الهيدروجين الأخضر يتجاوز ذلك بكثير. فصناعة الصلب تعمل على تقييم عمليات الاختزال المباشر للحديد المعتمدة على الهيدروجين (DRI) لتحل محل مسارات الاختزال القائمة على الفحم؛ ويستكشف مصنعو الأسمدة إنتاج الأمونيا الخضراء؛ ويدرس قطاعا الطيران والشحن البحري الوقود المستدام المشتق من الهيدروجين؛ كما يُنظر إلى تخزين الطاقة طويل الأمد والنقل بالهيدروجين كمجالات نمو مستقبلية. غير أن معظم هذه التطبيقات ما يزال في مرحلة الانتقال من المشاريع التجريبية إلى النطاق التجاري. وتكمن قيمة المصافي في أنها توفر قاعدة طلب فورية وناضجة، مما يسرّع نشر أجهزة التحليل الكهربائي وتوسيع نطاق التصنيع وبناء سلاسل التوريد.

إن دمج الهيدروجين الأخضر في عمليات التكرير ليس مجرد استبدال بسيط. فارتباط إنتاج الهيدروجين الأخضر الوثيق بإمدادات الكهرباء المتجددة يُدخل تعقيدات نظامية جديدة. فعلى سبيل المثال، مصفاة تنتج 100 طن من الهيدروجين يوميًا، إذا كان الطلب الكامل على الهيدروجين سيُلبى عبر التحليل الكهربائي، فستحتاج إلى حوالي 5 إلى 5.5 جيجاواط/ساعة من الكهرباء يوميًا. وبالتالي، تصبح قدرة إمداد الطاقة المتجددة، وتكامل الشبكة، وتكوين أنظمة التخزين، وكفاءة أجهزة التحليل الكهربائي، عوامل حاسمة في الجدوى الاقتصادية للمشروع. ويتعين على أجهزة التحليل الكهربائي العمل بكفاءة في ظل ظروف تقلب الكهرباء، مع تلبية متطلبات الإمداد المستمر بالهيدروجين لعمليات التكرير. ومن بين التقنيات الحالية، يظل التحليل الكهربائي القلوي هو الحل الأكثر نضجًا والمثبت تجاريًا، بتكلفة رأسمالية منخفضة نسبيًا وسلسلة توريد متكاملة، لكن مرونته في التشغيل عند الأحمال المنخفضة محدودة. ويبرز التحليل الكهربائي بغشاء تبادل الأنيونات (AEM) كبديل جذاب، إذ يتمتع بقدرة استجابة ديناميكية أفضل ويعمل على نطاق أوسع من مدخلات الكهرباء. ومن المرجح أن تعتمد وحدات إنتاج الهيدروجين في المصافي مستقبلًا بشكل متزايد على تكوينات هجينة تجمع بين الجدوى الاقتصادية للأنظمة القلوية ومرونة تقنية AEM.

من حيث المبدأ، يمكن استبدال كل كيلوغرام من الهيدروجين الرمادي الذي تستهلكه المصافي حاليًا بالهيدروجين الأخضر في نهاية المطاف، لكن التقدم الفعلي يعتمد على الحجم والجدوى الاقتصادية وتكامل البنية التحتية وتوافر الكهرباء المتجددة. فالمصافي الكبيرة تستهلك مئات الأطنان من الهيدروجين يوميًا، مما يتطلب قدرات تحليل كهربائي بمئات الميغاواط وأصولًا ضخمة من الطاقة المتجددة. وما تزال تكلفة الهيدروجين الأخضر تتأثر بشدة بأسعار الكهرباء والنفقات الرأسمالية لأجهزة التحليل الكهربائي ومعامل استخدام المصنع وكفاءة النظام. كما أن متطلبات نقاء الهيدروجين وأنظمة الضغط ومرافق التخزين وتكامل شبكات الهيدروجين داخل المصافي تحتاج جميعها إلى تحسين على حدة. وتُعد إدارة التقطع الزمني قضية جوهرية أيضًا: فالمصافي تعمل بشكل مستمر بينما يتقلب توليد الكهرباء المتجددة على مدار اليوم. وتتطلب معالجة هذا التباين تضافر جهود أجهزة التحليل الكهربائي المرنة وتخزين الهيدروجين والربط بالشبكة وأنظمة إدارة الطاقة المتقدمة.

ستعتمد القدرة التنافسية طويلة الأجل للهيدروجين الأخضر، إلى حد كبير، على التقدم في هندسة الكهروكيمياء وعلوم المواد وتكامل الأنظمة. وبما أن الكهرباء تمثل عادة ما بين 60% و70% من تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر، فإن خفض استهلاك الكهرباء لكل وحدة يصبح هدفًا تقنيًا رئيسيًا. ومن شأن التحسينات في تصميم المحفزات ومواد الأغشية وبنية الأقطاب وتقنيات الفواصل وهندسة الأكوام أن تحقق زيادة في الكفاءة مع تعزيز المتانة وإبطاء تدهور الأداء. كما ستسهم أنظمة التشخيص الرقمي والصيانة التنبؤية وأنظمة التحكم الذكية في العمليات في رفع موثوقية المعدات وتحسين الجدوى الاقتصادية على مدى دورة الحياة الكاملة.

يُعد مركز أبحاث وتطوير HP الأخضر (HP Green R&D Centre, HPGRDC) في بنغالور عقدة محورية في هذا التحول. فقد أصبح المركز أحد المؤسسات الرائدة في الهند في مجال ابتكارات تقنيات الهيدروجين، حيث تغطي أبحاثه سلسلة قيمة الهيدروجين بأكملها، بما في ذلك تطوير أجهزة التحليل الكهربائي والمحفزات الكهربائية المتقدمة وتخزين الهيدروجين وتطبيقات النقل وتكامل الأنظمة. ومنذ عام 2020، يواصل HPGRDC تنفيذ خارطة طريق للهيدروجين الأخضر تغطي الإنتاج والاستخدام والتخزين والنقل، محققًا عدة إنجازات أولى من نوعها، بما في ذلك تطوير تقنية التحليل الكهربائي بغشاء تبادل الأنيونات (AEM) والارتقاء بها إلى مستوى أنظمة الميغاواط. بالإضافة إلى ذلك، أنشأت HPCL محطة لتزويد الهيدروجين بالوقود بالقرب من فيساخاباتنام، مكتملةً بذلك سلسلة قيمة الهيدروجين الكاملة من الإنتاج والتزويد إلى التطبيقات النهائية.

سيرتبط مستقبل التكرير المستدام ارتباطًا وثيقًا بعمق دمج الهيدروجين الأخضر. وفي ظل الطلب العالمي القريب من 100 مليون طن سنويًا على الهيدروجين، وهدف الهند ببناء قدرة إنتاجية للهيدروجين الأخضر تبلغ 5 ملايين طن سنويًا بحلول عام 2030، تحتل المصافي موقعًا فريدًا لتصبح المستهلك الراسخ للهيدروجين المتجدد. إن تحقيق إزالة كربونية ذات مغزى لا يقتصر على تركيب أجهزة التحليل الكهربائي فحسب، بل يعتمد أيضًا على نهج منهجي يشمل تكامل الطاقة المتجددة وإنتاج الهيدروجين المرن وتخزين الطاقة المتقدم والتحسين الرقمي والابتكار المستمر عبر سلسلة القيمة بأكملها. والمصافي التي تتبنى هذا التحول مبكرًا، إنما تقلل بصمتها الكربونية وتؤمّن موقعها في اقتصاد الهيدروجين الناشئ في الوقت نفسه.