یک مطالعه به رهبری دانشگاه منچستر می‌گوید «حلقه شیمیایی» می‌تواند مسیری عملی برای تولید هیدروژن کم‌کربن در صنایع سخت‌کاهش‌پذیر باشد؛ مسیری که هم‌زمان تولید هیدروژن و جذب کربن را در نظر می‌گیرد و عملکرد آن را در مقیاس‌های واقعی صنعتی بررسی می‌کند.
نکات کلیدی
- این مطالعه به رهبری پژوهشگران دانشگاه منچستر انجام و در نشریه Carbon Capture Science & Technology منتشر شد.
- پژوهش، «حلقه شیمیایی» را در دو مقیاس نماینده بررسی کرد: یک واحد ۲ مگاواتی و یک تأسیسات ۶۰۰ مگاواتی.
- پیشرفته‌ترین طرح‌ها به بازده حرارتی تا ۷۵ درصد رسیدند و بین ۹۰ تا ۹۹ درصد از انتشارهای دی‌اکسیدکربن را جذب کردند.
- این کار با مشارکت شرکای صنعتی و در قالب «ریسایکل» انجام شد؛ پروژه‌ای ۵٫۱ میلیون پوندی که از سوی وزارت امنیت انرژی و خالص صفر تأمین مالی شده است.
این نتیجه برای دانشجویان، پژوهشگران و صنعت چه معنایی دارد؟
این مطالعه بیش از همه برای پژوهشگران، مهندسان و تصمیم‌گیران صنعتی مهم است که روی کربن‌زدایی بخش‌هایی کار می‌کنند که برق‌دار کردن آن‌ها دشوار است؛ از جمله صنایع سنگین، مواد شیمیایی و پالایش. نتیجه پژوهش نشان می‌دهد این فناوری می‌تواند هم برای سایت‌های صنعتی غیرمتمرکز و هم برای کارخانه‌های بزرگ تولید هیدروژن مناسب باشد، اما انتخاب آن به زیرساخت، یکپارچه‌سازی گرمایی و شرایط سیاستی بستگی دارد.
برای دانشجویان و پژوهشگران مهندسی شیمی، این کار نمونه‌ای روشن از ترکیب طراحی راکتور، مدل‌سازی فرایند و ارزیابی کل‌کارخانه است تا سنجیده شود آیا یک فناوری نوظهور می‌تواند از ایده‌های آزمایشگاهی فراتر برود یا نه. تیم پژوهشی همچنین محدودیت‌های عملی مانند عملکرد شیرها، نیازهای یکپارچه‌سازی گرمایی و ملاحظات ایمنی را در نظر گرفت.
- گزینه کوچک‌تر: واحد ۲ مگاواتی برای کاربردهای صنعتی غیرمتمرکز.
- گزینه بزرگ‌تر: تأسیسات ۶۰۰ مگاواتی برای تقاضای بزرگ هیدروژن صنعتی.
- خروجی بالقوه: در کارکرد پیوسته، این مقیاس‌ها می‌توانند به ترتیب برق مورد نیاز حدود ۵ هزار خانه و حدود ۱٫۵ میلیون خانه را پوشش دهند.
«حلقه شیمیایی» چه تفاوتی با تولید متداول هیدروژن دارد؟
این روش از مواد حامل اکسیژن جامد استفاده می‌کند تا اکسیژن را در یک زنجیره واکنش جابه‌جا کند و در نتیجه دی‌اکسیدکربن را به‌طور ذاتی متمرکز و جدا کند، در حالی که گرما هم تولید می‌شود. سپس همین گرما، تبدیل متان و بخار به یک مخلوط حاوی هیدروژن یا «سین‌گاز» را پیش می‌برد؛ بنابراین جذب کربن در خود فرایند گنجانده شده است، نه اینکه به یک سامانه جداگانه متکی باشد.
تیم منچستر به چه نتیجه‌ای رسید؟
پژوهشگران دریافتند پیشرفته‌ترین طرح‌های فرایندی می‌توانند بازدهی بالا را همراه با جذب بیشتر کربنِ تولیدشده ارائه دهند. در چند سناریو، این سامانه بخار اضافی هم تولید کرد که می‌توان آن را برای استفاده بیرونی صادر کرد و این موضوع توجیه زیست‌محیطی آن را تقویت می‌کند. به گفته تیم پژوهشی، «حلقه شیمیایی» در مقیاس بزرگ در شاخص‌های کلیدی بازده فرایند، در مقایسه با مسیرهای تثبیت‌شده هیدروژن کم‌کربن عملکرد مطلوبی داشت.
پروفسور وینچنزو اسپالینا، نویسنده مسئول، گفت این کار نقش «حلقه شیمیایی» را به‌عنوان راه‌حلی معتبر برای تولید سین‌گاز و هیدروژن و نیز برای استقرار آینده آن تقویت می‌کند. دکتر ایزابل پازمینو-مایورگا، نویسنده اصلی، هم گفت این پژوهش نشان می‌دهد فناوری می‌تواند هیدروژن کم‌کربن را به‌طور کارآمد تولید کند و در عین حال بیشترِ کربن تولیدشده را برای ذخیره‌سازی یا استفاده به‌عنوان خوراک صنایع دیگر جذب کند.
چرا استقرار این فناوری هنوز وابسته به شرایط است؟
پژوهشگران نتیجه می‌گیرند که بهترین مسیر تولید هیدروژن به سامانه‌های انرژی محلی، زیرساخت و سیاست بستگی دارد. به گفته آن‌ها، «حلقه شیمیایی» به‌ویژه جایی جذاب‌تر است که فرصت‌های یکپارچه‌سازی گرمای صنعتی وجود داشته باشد و برق کم‌کربن محدود باشد. ارزش این مطالعه در همین چارچوب عملی است: فناوری را یک راه‌حل جهانی و قطعی معرفی نمی‌کند، بلکه آن را گزینه‌ای متناسب با برخی محیط‌های صنعتی نشان می‌دهد.
این پژوهش در قالب «ریسایکل»، یک پروژه مشارکتی با حمایت وزارت امنیت انرژی و خالص صفر، انجام شد و در ۱۹ اکتبر ۲۰۲۶ منتشر شد.
