hydrogen-fuel-from-wastewater

تبدیل مستقیم پساب به سوخت هیدروژن

حفاظت از محیط زیست به همراه تولید سرمایه

بهمن خبیری

فریدون: بهمن خبیری فارغ‌التحصیل دکتری مهندسی شیمی با گرایش محیط‌ زیست از دانشگاه شربروک کانادا است. وی تحصیلات کارشناسی و کارشناسی‌ ارشد خود را در رشته مهندسی شیمی، با گرایش فرآیندهای پتروشیمی در دانشگاه صنعتی سهند و گرایش کاتالیست‌های پالایشگاهی در دانشگاه علم‌وصنعت به پایان رسانده است. موضوع رساله دکتری او به فرآیندهای حذف گازهای گلخانه‌ای اختصاص داشت. طی این دوره، مقالات علمی متعددی در مجلات معتبر منتشر کرد و دستاوردهای خود را در کنفرانس‌های بین‌المللی ارائه داد. در سال ۲۰۲۰ مدال لیاقت لئونارد داوینچی، بالاترین درجه افتخار دانشکده مهندسی دانشگاه شربروک، به او اعطا شد. بهمن خبیری هم‌اکنون به عنوان طراح فرآیندهای تولید و تصفیه بیوگاز در مونترال کانادا فعالیت می‌کند. او که در «دفتر مطالعات استراتژیک» حزب «ایران نوین» نیز عضویت دارد، در این مقاله در «فریدون» او به بررسی امکان‌ بهره‌گیری مستقیم از پساب‌های شهری و صنعتی برای تولید گاز هیدروژن به عنوان سوخت خودروهای نسل جدید، همگام با انقلاب جهانی آینده در حمل‌ونقل، در ایران فردا می‌پردازد.

پاییز ۲۵۸۴ (۱۴۰۴)

درآمد

یکی از اولویت‌های نیروهای میهن‌پرست و ایران‌گرا در ایران آزاد آینده، شناسایی فناوری‌هایی است که به‌طور همزمان بتوانند مشکلات و کاستی‌های مربوط به محیط‌زیست، انرژی و اشتغال را برطرف کنند و در عین حال، بصورت کاملا بروز شده، محصولاتی ارائه دهند که ایران را به عنوان یک بازیگر موثر در بازار جهانی تثبیت کند. ایران در دهه‌های اخیر تحت حاکمیت جمهوری اسلامی با بحران‌های متعدد در مدیریت فاضلاب، آلودگی منابع آب و وابستگی شدید به سوخت‌های فسیلی مواجه بوده است. به دلیل بی‌کفایتی جمهوری اسلامی و فساد گسترده در نظام حاکم، ایران در همه صنایع از جمله آهن و فولاد، خودرو، ماشین‌سازی، پتروشیمی، استخراج و پالایش نفت، کشاورزی و هوافضا کاملا عقب مانده است. در ایران فردا، فناوری‌های نوین و استفاده از انرژی‌های نو و تجدیدپذیر می‌توانند این چالش‌ها را به فرصتی برای توسعه تبدیل کنند. یکی از نویدبخش‌ترین این فناوری‌ها، تبدیل مستقیم پساب‌های خانگی و صنعتی به گاز هیدروژن است. این فرآیند، با تولید انرژی پاک و بدون کربن، به حذف هم‌زمان آلودگی و تأمین سوخت پایدار منجر می‌شود. این روش، با جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه‌ای مانند متان و دی‌اکسید کربن ناشی از فاضلاب تصفیه‌نشده، به کاهش تغییرات اقلیمی کمک می‌کند. همچنین، امکان اجرای آن در مقیاس کوچک و غیرمتمرکز وجود دارد که تصفیه‌خانه‌های محلی را به نیروگاه‌های کوچک تولید هیدروژن تبدیل می‌کند. هیدروژن تولیدشده، در صنایع مختلف از جمله فولاد، پتروشیمی و حمل‌ونقل کاربرد فراوان دارد.

امروزه شرکت‌های مطرح خودروسازی دنیا، به دنبال توسعه موتورهای سوخت هیدروژن به عنوان نیروی پیشران اتومبیل‌های آینده هستند. بیست سال پیش، کمتر کسی تصور می‌کرد که خودروهای الکتریکی بتوانند صنعت خودروسازی را به این شکل دگرگون کنند و سهم قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص دهند. این تحول سریع و چشمگیر نشان می‌دهد که فناوری‌های نوظهور می‌توانند به سرعت جایگزین روش‌های سنتی شوند. بسیار محتمل است که در بیست سال آینده، خودروهای مجهز به موتورهای سوخت هیدروژن، جای خودروهای الکتریکی و بنزینی را بگیرند و صنعت حمل‌ونقل را بار دیگر دگرگون کنند؛ به‌ویژه با توجه به مزایایی مانند زمان سوخت‌گیری کوتاه، پیمایش بالا و آلایندگی صفر.

با توجه به تخریب گسترده‌ای که جمهوری اسلامی در صنایع مختلف، به‌ویژه در بخش خودروسازی به‌جا گذاشته است، انتظار پیشرفت سریع در طراحی و تولید موتورهای خودروهای هیدروژنی در کوتاه‌مدت پس از سقوط رژیم جمهوری اسلامی دشوار به نظر می‌رسد. اما با دارا بودن ظرفیت‌ها و تجربه‌های فراوان متخصصان ایرانی در زمینه تبدیل گاز و فرآیندهای تولید گاز سنتز و تولید و خالص‌سازی هیدروژن، پس از نابودی جمهوری اسلامی، ایران می‌تواند به یکی از بازیگران اصلی در حوزه تولید و توزیع سوخت هیدروژن در منطقه و جهان تبدیل شود.

بحران پساب در ایران

تالاب انزلی، یکی از زیست‌بوم‌های منحصربه‌فرد ایران و ثبت‌شده در کنوانسیون رامسر، طی سه دهه گذشته به‌شدت تحت‌تأثیر ورود فاضلاب شهری، صنعتی و زه‌آب کشاورزی قرار گرفته است. سالانه حدود ۳۰ میلیون مترمکعب فاضلاب شهری، بیش از ۱۵ هزار تن کود شیمیایی، حدود ۴۰۰ لیتر سموم کشاورزی و همچنین پساب‌ِ بیش از ۵۰ واحد صنعتی به این تالاب وارد می‌شود. شبکه فاضلاب شهری انزلی ناقص بوده و بیش از ۷۲ دهانه فاضلاب خام به‌طور مستقیم به تالاب تخلیه می‌شود. پروژه احداث تصفیه‌خانه مرکزی که از اواسط دهه ۷۰ شمسی آغاز شده، پس از گذشت بیش از ۲۰ سال هنوز به بهره‌برداری کامل نرسیده است. ورود ترکیبات نیترات، فسفات و آفت‌کش‌ها باعث رشد شتابان گونه‌های گیاهی مهاجم مانند آزولا و سنبل آبی شده که با کاهش اکسیژن محلول آب، به مرگ گسترده آبزیان و پرندگان مهاجر منجر شده است. گزارش‌های رسمی بین سال‌های ۱۴۰۱ تا ۱۴۰۳ نشان می‌دهد از ۱۰۵ نقطه تخلیه فاضلاب به رودخانه‌های منتهی به تالاب، تنها ۱۷ نقطه مسدود شده و سایر نقاط همچنان فعال هستند؛ در حالی که دولت هر سال ادعا می‌کند بودجه قابل‌توجهی برای «احیای تالاب» در نظر گرفته است.

رودخانه کارون، بزرگ‌ترین و پرآب‌ترین رودخانه ایران، با طول ۹۵۰ کیلومتر و نقش حیاتی در تأمین آب شرب، کشاورزی و صنعت جنوب کشور، در سال‌های اخیر به کانال عبور فاضلاب خام تبدیل شده است. فاضلاب شهری از ۱۷۱ نقطه تخلیه مستقیم شامل پساب خانگی، بیمارستانی و صنعتی، بدون تصفیه وارد کارون و رودخانه دز می‌شود. صنایع بالادست مانند فولاد، پتروشیمی و قند، مقادیر بالایی از فلزات سنگین (سرب، کادمیوم، جیوه) و ترکیبات آلی سمی را به این رودخانه‌ها تخلیه می‌کنند. نتایج پایش‌های بهداشتی در شهرهای اهواز، شوشتر و آبادان نشان می‌دهد شیوع بیماری‌های انگلی، هپاتیت A و مشکلات گوارشی در این مناطق، ارتباط مستقیم با کیفیت پایین آب مصرفی دارد. علاوه بر این، استفاده از آب آلوده کارون برای آبیاری مزارع، منجر به تجمع فلزات سنگین در خاک و محصولات کشاورزی شده که خطرات جدی برای امنیت غذایی ایجاد کرده است. با وجود اعلام ده‌ها پروژه احداث و توسعه تصفیه‌خانه، ظرفیت حال حاضر، حداکثر ۵۰ درصد فاضلاب شهری خوزستان را پوشش می‌دهد.

دریای خزر، بزرگ‌ترین دریاچه‌ی محصور جهان، همچنان با معضل ورود گسترده‌ی فاضلاب شهری، صنعتی و کشاورزی مواجه است. حدود ۷۰ درصد از فاضلاب ورودی به این دریا تصفیه نمی‌شود؛ چرا که مصوبه احداث تصفیه‌خانه در شهرهای بالای ۵۰ هزار نفر از سال ۱۳۸۷ هنوز اجرایی نشده است. تنها ۱۰ درصد از فاضلاب استان‌های شمالی کشور تصفیه می‌شود و مابقی از طریق رودخانه‌ها راهی خزر می‌گردد. هر سال حدود ۴۰۰ میلیون مترمکعب فاضلاب از سواحل ایران وارد خزر می‌شود؛ آلودگی‌ای که زیست‌بوم آبزیان (به‌ویژه گونه‌های خاویاریِ در آستانه انقراض) را تهدید می‌کند. با در نظر گرفتن اینکه خودپالایی طبیعی خزر در غیاب جریان آزاد، محدود است، تجمع آلاینده‌ها به‌ویژه در رسوبات، خطر جانی مستمر برای حیات این پهنه دارد.

رودخانه زاینده‌رود، منبع حیاتی فلات مرکزی، این روزها نه‌تنها از خشکی رنج می‌برد، بلکه بسیاری از فاضلاب‌های شهری، صنعتی و بیمارستانی را نیز به‌صورت خام یا نیمه‌تصفیه‌شده دریافت می‌کند. فعالان محیط‌زیست گزارش داده‌اند که فاضلاب بیمارستان چمران در دوره‌های کم‌آبی به‌شدت نشت کرده و به‌همین دلیل، زمین‌های کشاورزی مجاور و حتی سفره‌های آب زیرزمینی آلوده شده‌اند. منطقه چادگان نیز به‌خاطر نبود شبکه فاضلاب مناسب، با ورود مستقیم پساب به مخزن سد زاینده‌رود مواجه است؛ پروژه‌ای که سال‌هاست نیمه‌تمام مانده و نیازمند ۲۰۰ میلیارد تومان اعتبار است. مقاله پژوهشی دیگری، ریشه آلودگی زاینده‌رود را به فاضلاب‌های واحدهای صنعتی اطراف شامل ذوب‌آهن، کارخانه‌های نساجی و زه‌آب‌های کشاورزی آسیب‌زا نسبت می‌دهد. شاخص کیفیت آب (NSFWQI) برای ایستگاه‌های نمونه‌برداری در حدود ۵۵ تا ۶۵ ثبت شده است؛ یعنی کیفیت آب در حد متوسط و نیازمند تصفیه بیشتر برای مصارف شرب و زیست‌بومی است. این نشان از خطر جدی برای سلامت محیط و مردم دارد. فاضلاب منطقه لنجان، از جمله فاضلاب کشتارگاه‌ها، بدون مهار وارد رودخانه می‌شود و منشاء تجمع فلزات سنگین در زمین‌های کشاورزی پایین‌دست است که آن هم سرطان‌زا به‌حساب می‌آید.

دریای عمان، بخش بزرگی از پساب شهری و روستایی را بدون کمترین تصفیه دریافت می‌کند. به دلیل بی‌کفایتی جمهوری اسلامی، استان سیستان و بلوچستان از کمترین زیرساخت‌های آب و فاضلاب در میان استان‌های کشور برخوردار است. به اجبار ناکارآمدی جمهوری اسلامی، بیش از ۷۵ درصد از فاضلاب شهری و روستایی بدون تصفیه وارد محیط زیست و به‌ویژه دریای عمان می‌شود. شهرستان‌های بندری چابهار و کنارک با مجموع جمعیت بیش از 3۰۰ هزار نفر، فاقد تصفیه‌خانه‌های جامع و کارآمد هستند و این موجب ورود حجم بالایی از آلاینده‌های آلی، نیتروژن، فسفر و فلزات سنگین به آب‌های ساحلی شده است. بررسی‌های میدانی نشان می‌دهد که غلظت باکتری‌های کلیفرم در نقاط نزدیک به خروجی فاضلاب، تا چندین برابر حد مجاز استانداردهای محیط‌زیستی افزایش یافته است. این آلودگی علاوه بر تخریب اکوسیستم‌های حساس دریایی مانند مرجان‌ها و زیستگاه‌های آبزیان، سلامت ساکنان مناطق ساحلی را به واسطه افزایش بیماری‌ها از آب تهدید می‌کند. بحران کم‌آبی و خشکسالی‌های متوالی که استان را درگیر کرده است، موجب شده مدیریت منابع آبی و فاضلاب با چالش‌های عمیق‌تری مواجه شود.

اینها تنها چند نمونه از وضعیت آشفته مدیریت فاضلاب در کشور است که نشان می‌دهد فقدان مدیریت یکپارچه پساب در جمهوری اسلامی، نه‌تنها موجب تخریب اکوسیستم‌های آبی و از بین رفتن زیستگاه‌های حیاتی آبزیان و پرندگان می‌شود، بلکه آلودگی منابع آب شرب، افزایش هزینه‌های تصفیه، خسارت به بخش‌های شیلات، کشاورزی و گردشگری و همچنین افزایش هزینه‌های درمانی ناشی از بیماری‌های مرتبط با آب آلوده را در پی دارد. راهکار فنی مقابله با این بحران شامل پایش مستمر کیفیت آب و انتشار شفاف داده‌ها برای جلوگیری از فساد و سوءمدیریت، تکمیل فوری پروژه‌های تصفیه‌خانه‌های شهری و صنعتی، بازچرخانی، تبدیل و استفاده مجدد از پساب تصفیه‌شده در کشاورزی و صنعت است.

مبانی فنی تولید گاز هیدروژن از پساب

فاضلاب شهری و صنعتی سرشار از مواد آلی قابل تجزیه است که می‌تواند به‌عنوان خوراک فرایندهای تولید هیدروژن به‌کار رود. چهار رویکرد اصلی برای این تبدیل عبارت‌اند از:

🟤 سلول‌های الکترولیز میکروبی (Microbial Electrolysis Cells - MECs)که در آن باکتری‌ها مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه کرده و الکترون تولید می‌کنند. سپس با اعمال یک ولتاژ جزیی در کاتد، پروتون‌ها به هیدروژن تبدیل می‌شوند. مزیت این روش، مصرف انرژی بسیار کمتر نسبت به الکترولیز آب خالص است.

🟤 فتو الکترولیز با استفاده از نور خورشید (Photoelectrochemical Systems)که از نور خورشید برای تحریک نیمه‌رساناهای غوطه‌ور در فاضلاب استفاده می‌شود تا واکنش‌های اکسایش-کاهش مستقیم و تولید هیدروژن انجام شود.

🟤 تخمیر تاریک (Dark Fermentation) که در آن باکتری‌های بی‌هوازی، مواد آلی را در غیاب نور به هیدروژن و اسیدهای فرار تبدیل می‌کنند. اغلب با فرایندهای دیگر ترکیب می‌شود تا بازده بالا برود.

🟤 گازی‌سازی هیدروترمال (Hydrothermal Gasification) که لجن فاضلاب در دمای بالا (350 تا 700 درجه سانتی‌گراد) و فشار زیاد به گاز سنتز (مخلوط مونوکسید کربن و هیدروژن) تبدیل می‌شود. با واکنش شیفت گاز-آب، هیدروژن خالص‌تری به‌دست می‌آید.

از تجربه‌های مهم در زمینه تولید هیدروژن از فاضلاب می‌توان به ایالات متحده اشاره کرد که پروژه‌های آزمایشی MEC را در تصفیه‌خانه‌های پیتسبورگ و سان‌دیگو با ظرفیت‌های چند ده کیلوگرم هیدروژن در روز اجرا کردند. در ژاپن نیز شرکت‌های Toshiba و Hitachi سیستم‌های ترکیبی تصفیه و تولید هیدروژن را در شهرداری‌ها راه‌اندازی کرده‌اند. در اروپا، به ویژه در هلند و آلمان، پروژه‌های پایلوت برای تولید هیدروژن از لجن فاضلاب در کنار تصفیه‌خانه‌های شهری به اجرا درآمده است و در استرالیا نیز از روش گازی‌سازی هیدروترمال برای تولید هیدروژن از لجن فاضلاب با راندمان بالا بهره‌برداری می‌شود.

مهمترین شرکت‌ها و پروژه‌های فعال در تبدیل فاضلاب شهری و پساب صنعتی به سوخت هیدروژنی

اهمیت استراتژیک سوخت هیدروژنی

منابع هیدروژن متفاوت هستند. هیدروژن خاکستری که از گاز طبیعی یا نفت خام تولید می‌شود، انتشار بالای CO₂ را به همراه دارد و مزایای زیست‌محیطی کمی دارد. هیدروژن آبی مشابه خاکستری است ولی با فناوری جمع‌آوری و ذخیره‌سازی CO₂ همراه است. هیدروژن سبز که از آب با برق تجدیدپذیر یا منابع زیستی مانند فاضلاب و زباله‌های آلی تولید می‌شود، تنها گزینه پاک و پایدار در این حوزه به شمار می‌رود.

هیدروژن به عنوان سوخت حمل‌ونقل در خودروهای سلول سوختی (FCEVs) مانند تویوتا میرای، هوندا کلاریتی و هیوندای نکسو به کار می‌رود. همچنین در بخش حمل‌ونقل سنگین، اتوبوس‌ها و کامیون‌ها در اروپا، چین و آمریکا پروژه‌های گسترده‌ای از جمله Hyzon و Nikola Motors اجرا شده است که مزایایی چون زمان سوخت‌گیری سریع و پیمایش بالا به همراه آلایندگی صفر (تنها بخار آب) را ارائه می‌دهند. در زمینه تولید برق، پیل‌های سوختی ثابت برای تأمین برق بیمارستان‌ها، دیتاسنترها، ساختمان‌های تجاری و منازل استفاده می‌شود. برای نمونه شرکت Bloom Energy در آمریکا اقدام به نصب سیستم‌های برق اضطراری هیدروژنی کرده است. همچنین هیدروژن می‌تواند در نیروگاه‌های گازی به صورت ترکیبی با گاز طبیعی (co-firing) به کار رود. در بخش تولید حرارت صنعتی و گرمایش شهری، هیدروژن می‌تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی در کوره‌های صنایع فولاد، شیشه و سیمان شود. پروژه‌های آزمایشی جایگزینی هیدروژن در شبکه‌های گاز شهری، مانند پروژه H21 در بریتانیا، در حال اجراست.

آمارهای جهانی مرتبط با تبدیل فاضلاب به هیدروژن

۱. روند رشد بازار جهانی هیدروژن سبز

۲. بازده تبدیل فاضلاب به هیدروژن در فناوری‌های مختلف

۳. مقایسه شدت کربن تولید هیدروژن از منابع مختلف

۴. نمونه‌های موفق اجرای فناوری تولید هیدروژن از فاضلاب

چشم‌انداز آینده خودروهای هیدروژنی

چشم‌انداز خودروهای هیدروژنی در دهه آینده بسیار پویا و وابسته به راهبردهای صنعتی بزرگ‌ترین خودروسازان جهان است. تویوتا در این زمینه پیشرو می‌باشد و با استراتژی راندمان چندمسیره (PHEV، BEV و FCEV)، توسعه موتور هیدروژنی را در کنار دیگر فناوری‌های برقی ادامه می‌دهد:

Plug-in Hybrid Electric Vehicle - PHEV: خودرویی با موتور الکتریکی و موتور احتراق داخلی که باتری آن قابلیت شارژ از طریق پریز برق را دارد. این خودروها می‌توانند با برق یا بنزین حرکت کنند و در بردهای کوتاه معمولا فقط با برق رانده می‌شوند.

Battery Electric Vehicle - BEV: خودروهای تمام الکتریکی که تنها از باتری برای تأمین انرژی موتور الکتریکی استفاده می‌کنند و هیچ موتور احتراق داخلی ندارند. آلایندگی مستقیم BEV‌ها صفر می‌باشد و شارژ آنها از طریق ایستگاه‌های شارژ برقی انجام می‌شود.

Fuel Cell Electric Vehicle - FCEV: خودروهایی که با استفاده از پیل سوختی هیدروژنی، الکتریسیته تولید می‌کنند تا موتور الکتریکی را تغذیه کنند. انرژی شیمیایی هیدروژن در پیل سوختی به برق تبدیل می‌شود و تنها خروجی آن بخار آب است. این خودروها زمان سوخت‌گیری کوتاه و برد بالا دارند و می‌توانند جایگزینی پاک برای خودروهای احتراقی باشند.

تویوتا در حال نهایی‌سازی نسل سوم سیستم پیل‌سوختی با دو برابر دوام و ۲۰٪ بازده بیشتر و هزینه پایین‌تر است؛ قرار است این فناوری از سال ۲۰۲۶ در خودروهای سنگین، مسافری و ژنراتورهای ثابت مورد استفاده قرار گیرد. هیوندای به‌طور رسمی از توسعه نسل جدید سیستم پیل سوختی خود خبر داده است. مدل فعلی که هیوندای نکسو (Hyundai Nexo) نام دارد یک خودروی شاسی‌بلند (SUV) هیدروژنی است که هم‌اکنون در بازار موجود است؛ با توان ۱۶۱ اسب‌بخار و مسافت ۶۶۶ کیلومتر در سیکل استاندارد و زمان سوخت‌گیری حدود ۵ دقیقه. هیوندای قصد دارد نسل بعدی فناوری پیل سوختی خود را با مشخصات بهبودیافته (از جمله توان بالاتر و برد بیشتر) در سال ۲۰۲۶ معرفی کند. بی‌ام‌و نیز سرمایه‌گذاری ویژه‌ای برای توسعه FCEV انجام داده و قصد دارد نسل جدید خودروهای پیل‌سوختی را تا سال ۲۰۲۸ روانه بازار کند. مدل iX5 هیدروژنی این شرکت، با قدرت نزدیک به ۴۰۰ اسب‌بخار و برد حرکتی ۵۰۰ کیلومتر، در زمانی کوتاه (۳ تا ۴ دقیقه) سوخت‌گیری می‌شود. ارزش بازار خودروهای هیدروژنی تا سال ۲۰۲۵ حدود ۸.۳ میلیارد دلار برآورد شده است. باید به این نکته توجه شود که موفقیت تجاری این خودروها در گرو توسعه همزمان شبکه ایستگاه‌های سوخت هیدروژنی و تولید هیدروژن سبز است. عواملی مانند رقابت بر سر مواد معدنی باتری، بحران تأمین لیتیوم و کبالت، امکان پرکردن سریع مخزن FCEV (در کمتر از پنج دقیقه)، تولید هیدروژن از انرژی‌های تجدیدپذیر و قابلیت استفاده در حمل‌ونقل سنگین، انگیزه برای حفظ و تقویت سرمایه‌گذاری در خودروهای هیدروژنی را افزایش داده است.

در کنار خودروسازان بزرگ، شرکت‌ها و استارت‌آپ‌های متعددی در حوزه هیدروژن فعالند. شرکت HYVIA (همکاری مشترک رنو و پلاگ پاور) بر توسعه خودروهای تجاری هیدروژنی و گسترش ناوگان در اروپا متمرکز است. شرکت Nikola در آمریکا اگرچه با چالش‌هایی روبروست، ولی به توسعه کامیون‌های سنگین هیدروژنی ادامه می‌دهد. فناوری هیدروژن در بخش نظامی نیز در حال توسعه است، به طوری که شرکت‌هایی مانند H2X Global نمونه‌های اولیه خودروهای نظامی هیدروژنی را می‌سازند. در بخش کشاورزی، شرکت ژاپنی کوبوتا نخستین تراکتور هیدروژنی خودران جهان را معرفی کرده است. همچنین، بسیاری از استارت‌آپ‌های پیشرو در فناوری خودران مانند Aurora و Apex.AI که توسط خودروسازان حمایت می‌شوند، پلتفرم‌های نرم‌افزاری خود را طوری توسعه می‌دهند که قابلیت یکپارچه‌سازی با انواع پیشرانه‌های پاک از جمله پیل‌سوختی هیدروژنی را داشته باشند.

پتانسیل ایران در حوزه سوخت هیدروژنی سبز

در ایران آزاد آینده، برنامه‌ریزی برای گذار به سوخت هیدروژنی باید از ابتدا بر پایه تنوع منابع تولید و استقلال انرژی استوار باشد. هرچند تولید هیدروژن از گاز طبیعی یا نفت خام (هیدروژن خاکستری) در نگاه اول به‌دلیل هزینه پایین‌تر و زیرساخت موجود وسوسه‌برانگیز است، اما باید توجه داشت که استفاده گسترده از گاز طبیعی یا نفت برای تولید هیدروژن عملا باعث می‌شود ایران همچنان به استخراج و مصرف سوخت‌های فسیلی متکی بماند. این امر نه‌تنها مانع تحقق اهداف کربن‌زدایی می‌شود، بلکه ایران را در بازار جهانی انرژی در جایگاه یک صادرکننده مواد خام حفظ می‌کند، نه یک تولیدکننده فناوری پیشرفته. از سوی دیگر، تولید هیدروژن خاکستری به‌طور متوسط ۹ تا ۱۲ کیلوگرم CO₂ به ازای هر کیلوگرم هیدروژن آزاد می‌کند. حتی نسخه بهبود یافته آن، یعنی هیدروژن آبی، متکی به فناوری‌های گران و ناکامل جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) است که هنوز به مقیاس اقتصادی پایدار نرسیده‌اند.

ایران با برخورداری از شبکه گسترده‌ای از تصفیه‌خانه‌های نیمه‌فعال و حجم بالای فاضلاب شهری، صنعتی و کشاورزی، ظرفیت بسیار بالایی برای بهره‌برداری از فناوری تولید هیدروژن از فاضلاب دارد. شهرهای بزرگ مانند تهران، اصفهان، مشهد، تبریز و شیراز به دلیل تراکم جمعیت و تولید بالای فاضلاب، مکان‌های مناسبی برای راه‌اندازی نیروگاه‌های هیدروژن مبتنی بر فناوری MEC یا گازی‌سازی به شمار می‌روند. همچنین، مناطق صنعتی مهمی همچون عسلویه، اراک و اصفهان می‌توانند با تبدیل مستقیم فاضلاب صنعتی به هیدروژن، نیازهای انرژی صنایع خود را تأمین کنند. علاوه بر این، شهرهای ساحلی و بنادر بندرعباس و بوشهر قابلیت استفاده از فاضلاب و پساب‌های صنعتی و شیلاتی برای تولید هیدروژن به منظور سوخت کشتی‌ها و صادرات را دارند.

با این حال، در شرایط کنونی به دلیل سوءمدیریت، فساد و عدم دسترسی به فناوری‌های پیشرفته، پروژه‌های پایلوت تبدیل فاضلاب به هیدروژن در ایران وجود ندارد. اما در آینده‌ای آزاد و پیشرفته، با جذب سرمایه‌گذاری‌های داخلی و خارجی، همکاری با شرکت‌های پیشرو جهانی و آموزش نیروی متخصص داخلی، می‌توان این صنعت را به سرعت توسعه داد و ایران را به یکی از قطب‌های مهم تولید و توزیع هیدروژن پاک در منطقه تبدیل کرد. این فرصت‌ها می‌تواند زمینه‌ساز تحول صنعتی و محیط‌زیستی در کشور باشد و نقش مؤثری در تأمین انرژی پایدار و کاهش آلایندگی‌ها ایفا کند.

ایران با تنوع بالای منابع تجدیدپذیر و زیستی، ظرفیت استثنایی برای تولید هیدروژن پاک دارد. فناوری‌هایی مانند سلول‌های الکترولیز میکروبی و گازی‌سازی هیدروترمال می‌توانند فاضلاب شهری، صنعتی و کشاورزی را مستقیما به هیدروژن تبدیل کنند. مناطق وسیع بیابانی و سواحل جنوبی و شمالی ایران شرایط ایده‌آلی برای الکترولیز آب با برق تجدیدپذیر فراهم می‌کنند. همچنین بهره‌گیری همزمان از پساب‌ها و برق خورشیدی-بادی می‌تواند هزینه تولید هیدروژن سبز را کاهش دهد و امنیت عرضه را بالا ببرد. سیاست‌گذاری صحیح در ایران آینده می‌تواند بر پایه تنوع منابع هیدروژن شکل بگیرد، به‌گونه‌ای که هیدروژن سبز جایگزین اصلی سوخت‌های فسیلی شود و تنها در شرایط اضطراری از هیدروژن خاکستری یا آبی استفاده گردد. این رویکرد هم استقلال انرژی را تضمین می‌کند، هم ایران را به یکی از پیشگامان بازار جهانی هیدروژن پاک بدل خواهد کرد.

زیرساخت‌های پالایشگاهی و پتروشیمی که تجربه چندین دهه تولید هیدروژن خاکستری را دارند، می‌توانند به سرعت به فناوری‌های پاک‌تر ارتقا یابند و تجربه مدیریت و انتقال سوخت‌های گازی می‌تواند در توسعه زنجیره تأمین و توزیع هیدروژن به کار گرفته شود. بازارهای صادراتی در کشورهای همسایه نیازمند سوخت‌های پاک و فناوری‌های نوین انرژی هستند. استفاده داخلی از هیدروژن در صنایع تولید برق، گرمایش، حمل‌ونقل عمومی و ناوگان صنعتی امکانپذیر است. شکل‌گیری همکاری‌های بین‌المللی با شرکت‌های پیشرو خودروسازی و فناوری برای ارتقای دانش فنی، واردات خودروهای هیدروژنی با توسعه فناوری و زیرساخت‌های سوخت‌رسانی در داخل کشور سبب حضور فعال ایران در بازار جهانی خواهد شد.

راهبردهای کلیدی و استراتژیک

🟤 تمرکز بر توسعه فناوری‌های تولید هیدروژن سبز و آبی به جای تمرکز اولیه بر تولید موتورهای خودروهای هیدروژنی

🟤 ایجاد زیرساخت‌های لازم برای ذخیره‌سازی، انتقال و سوخت‌رسانی هیدروژن که قابلیت بهره‌برداری داخلی و صادرات را داشته باشد

🟤 توسعه همکاری‌های بین‌المللی برای واردات، مونتاژ و تولید خودروهای هیدروژنی در مرحله میانی

🟤سرمایه‌گذاری در پژوهش و توسعه فناوری‌های الکتروشیمیایی و موتورهای هیدروژنی در میان‌مدت (۵ تا ۱۰ سال)

🟤 آموزش و توانمندسازی نیروی انسانی متخصص برای توسعه و بهره‌برداری از این فناوری‌ها

🟤 تدوین سیاست‌ها و قوانین حمایتی جهت تسهیل سرمایه‌گذاری بخش خصوصی در این حوزه

***

ارجاعات:

Logan, B.E., et al. (2008). Microbial Electrolysis Cells for High Yield Hydrogen Gas Production from Organic Matter. Environmental Science & Technology.
Escapa, A., et al. (2012). Microbial electrolysis cells: An emerging technology for wastewater treatment and energy recovery. Journal of Chemical Technology & Biotechnology.
Pant, D., et al. (2010). Bioelectrochemical systems: Current status, challenges, and perspectives. Bioresource Technology.
Shizas, I., Bagley, D.M. (2004). Experimental Determination of Energy Content of Unknown Organics in Municipal Wastewater Streams. Journal of Energy Engineering.
Chen, C.Y., et al. (2012). Dark fermentative hydrogen production from wastewater sludge. International Journal of Hydrogen Energy.
Gai, C., et al. (2014). Hydrothermal gasification of sewage sludge and model compounds for hydrogen production. Applied Energy.
Dincer, I., & Acar, C. (2015). Review and evaluation of hydrogen production methods for better sustainability. International Journal of Hydrogen Energy, 40(34), 11094-11111.
Ren, H., et al. (2021). Hydrogen production from wastewater: Current status and future perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 137, 110588.
Kumar, P., & Vignesh, S. (2020). Microbial electrolysis cell technology for sustainable hydrogen production from wastewater. International Journal of Hydrogen Energy, 45(5), 3363-3378.
Zhang, Y., et al. (2019). Sustainable hydrogen production from wastewater by microbial electrolysis cells: A review. Journal of Cleaner Production, 222, 1046-1058.
IEA. (2021). Global Hydrogen Review 2021. International Energy Agency.
Fuel Cell & Hydrogen Energy Association (FCHEA). Road Map to a U.S. Hydrogen Economy.
Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU). (2020). Hydrogen Roadmap Europe.
International Energy Agency (IEA). “The Future of Hydrogen – Seizing today’s opportunities.” IEA, 2019.
U.S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency & Renewable Energy. “Hydrogen Production: Electrolysis.” energy.gov.
International Renewable Energy Agency (IRENA). (2020). Hydrogen from renewable electricity: Technology outlook for the energy transition.
Hydrogen Council. “Path to hydrogen competitiveness: A cost perspective.” hydrogencouncil.com, 2020.
European Commission. “Hydrogen strategy for a climate-neutral Europe.” ec.europa.eu, 2020.
Hydrogen Europe. “Hydrogen – Enabling the energy transition.” hydrogeneurope.eu.
Hitachi Ltd. – Hydrogen from Sewage Sludge Project Report.
Toshiba Energy Systems – Hydrogen from Wastewater Initiatives.
Toyota Motor Corporation. “Toyota’s Hydrogen Strategy and Fuel Cell Technology Roadmap.” pressroom.toyota.com, 2023.
BMW Group. “BMW and Toyota Hydrogen Fuel Cell Partnership.” eviinfrastructurenews.com, 2024.
BloombergNEF. (2022). Hydrogen Economy Outlook.
HyDeploy Project, UK (www.hydeploy.co.uk).

۲۶. خبرگزاری ایسنا، «فاضلاب شهری از ۱۷۱ نقطه وارد کارون و دز می‌شود»، ۱۷ دی ۱۴۰۳، شناسه خبر: 1403101712638.

۲۷. خبرگزاری ایرنا، «فاضلاب؛ دُمل چرکین و کهنة تالاب انزلی»، ۴ فروردین ۱۴۰۴، شناسه خبر: 85785033.

۲۸. خبرگزاری تسنیم، «تداوم ورود فاضلاب به تالاب انزلی؛ ۱۷ نقطه مسدود شد»، ۲۳ آبان ۱۴۰۳.

۲۹. جام‌جم آنلاین، «ورود فاضلاب شهری؛ منبع جدید آلودگی تالاب انزلی»، ۲۶ آذر ۱۳۸۹.

۳۰. پایگاه خبری ایران امروز، «ورود ۷۲ دهنه فاضلاب خام به تالاب انزلی»، ۲۸ مرداد ۱۴۰۲.

۳۱. خبرگزاری ایسنا، «۳۷ میلیون نفر تحت پوشش تأسیسات فاضلاب»، ۲۵ مرداد ۱۴۰۳، شناسه خبر: 1403052517027.

۳۲. جوان آنلاین، «۷۰ درصد فاضلاب ورودی به دریای خزر تصفیه‌نشده است»، ۲۲ مرداد ۱۴۰۱.

۳۳. ایندیپندنت فارسی، «سالانه ۴۰۰ میلیون مترمکعب فاضلاب به دریای خزر می‌ریزد»، ۳ اسفند ۱۴۰۱.

۳۴. ایندیپندنت فارسی، «فاجعه ورود فاضلاب شهری و صنعتی به خلیج فارس و دریای خزر»، ۱۰ تیر ۱۴۰۲.

۳۵. خبرگزاری فردا، «آلودگی آب دریای خزر»، ۱۵ شهریور ۱۳۹۳.

۳۶. پایگاه خبری رویداد۲۴، «جان ۵ میلیون نفر در گرو آلودگی آب زاینده‌رود»، ۲۸ اردیبهشت ۱۴۰۱.

۳۷. پایگاه اطلاعات علمی سیویلیکا، «بررسی کیفی آب زاینده‌رود»، پنجمین همایش ملی مهندسی محیط زیست، ۱۳۹۰.

۳۸. خبرگزاری ایسنا، «تلاقی آب و فاضلاب در زاینده‌رود»، ۱۲ مهر ۱۳۹۴.

۳۹. ماهنامه گزارش‌های کارشناسی مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی، «بررسی و تحلیل شاخص‌های کلان بخش آب»، آذر ۱۴۰۲.

۴۰. پژوهشگاه محیط زیست ایران، «بررسی آلودگی میکروبی آب‌های ساحلی چابهار»، ۱۴۰۱.

۴۱. فصلنامه محیط زیست جانوری، «بررسی ارتباط تجمع زیستی فلزات سنگین (سرب، نیکل و کادمیوم) و سطوح آنزیم‌های کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز در بافت اویستر صخره‌ای (Saccostrea cucullata) دریای عمان»، ۱۴۰۱.

۴۲. روزنامه شرق، «بیراهه آب؛ بحران آب و فاضلاب در سیستان و بلوچستان»، ۱ مرداد ۱۴۰۴.

Report abuse