يُعتبر «سعر الهيدروجين المتكافئ – (Levelized Cost Of Hydrogen (LCOH» مؤشرًا ماليًا حيويًا لقياس سعر الهيدروجين المتكافئ لإنتاج الهيدروجين خلال فترة زمنية معينة، شاملةً النفقات الرأسمالية والتشغيلية. هذا المؤشر يتيح للمستثمرين والمطورين تقييم الجدوى الاقتصادية لمختلف طرق إنتاج الهيدروجين، مما يساعدهم على اتخاذ قرارات استثمارية مستنيرة في هذه التكنولوجيا النظيفة والمستدامة.
يقدم سعر الهيدروجين المتكافئ إطارًا شاملًا للمقارنة بين كفاءة وتكلفة الأساليب المختلفة لإنتاج الهيدروجين تحت ظروف موحدة. من خلال تحليل التكاليف على مدار عمر المشروع، يمكن للمحللين وصانعي السياسات تحديد الطرق التي توفر أعلى كفاءة بأقل تكلفة وأقل ضرر للبيئة، مما يسهم في تسريع الانتقال نحو استخدام مصادر الطاقة المتجددة.
في هذا المقال، سنستعرض بالتفصيل العوامل العشرة الرئيسية التي تؤثر بشكل خاص على سعر الهيدروجين المتكافئ «LCOH».
العوامل المؤثرة على سعر الهيدروجين المتكافئ «LCOH»
يتأثر سعر الهيدروجين المتكافئ «LCOH» بعدد من العوامل التي تحدد بشكل جماعي كفاءة تكلفة إنتاج الهيدروجين:
- طريقة الإنتاج:
تعتبر طريقة الإنتاج أحد العوامل الرئيسية التي تحدد الكفاءة الاقتصادية والبيئية لإنتاج الهيدروجين. تختلف الطرق المستخدمة بشكل كبير في تكاليفها الرأسمالية والتشغيلية، وفي البصمة الكربونية التي تخلفها. إليك نظرة على الأساليب الرئيسية لإنتاج الهيدروجين:
1) «إعادة تشكيل الغاز الطبيعي بالبخار – Steam Methane Reforming»: تُعد هذه الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج الهيدروجين الصناعي. تتضمن تفاعل الغاز الطبيعي مع بخار الماء عند درجات حرارة عالية لإنتاج الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون.
- التكاليف: تتطلب استثمارات رأسمالية كبيرة في المعدات والبنية التحتية، لكن تكاليف التشغيل نسبيًا منخفضة بسبب الوفرة والتكلفة المنخفضة للغاز الطبيعي.
- التأثير البيئي: تنتج هذه العملية انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، مما يجعلها أقل تفضيلاً من وجهة نظر الاستدامة.
2) «الكهرلة – Electrolysis»: يتم استخدام الكهرباء لتحليل الماء إلى أكسجين وهيدروجين. إذا تم استخدام الكهرباء المولدة من مصادر متجددة، يُمكن أن تكون هذه العملية خالية تمامًا من الانبعاثات.
- التكاليف: تكون الاستثمارات الرأسمالية في الكهرلات عالية، لكن الانخفاض المستمر في تكلفة التكنولوجيات المتجددة يقلل من تكلفة الطاقة بمرور الوقت.
- التأثير البيئي: توفر الكهرلة باستخدام الطاقة المتجددة وسيلة نظيفة لإنتاج الهيدروجين، مما يجعلها مثالية للمستقبل المستدام.
3) «الطرق البيولوجية – Biological Methods»: تتضمن هذه الطريقة استخدام الكائنات الحية مثل الطحالب وبعض أنواع البكتيريا لإنتاج الهيدروجين من مواد عضوية أو مباشرةً من الماء.
- التكاليف: هذه التقنيات لا تزال في مراحل التطوير المبكرة وقد تكون تكاليفها مرتفعة بسبب الحاجة إلى البحث والتطوير.
- التأثير البيئي: تعد منخفضة الانبعاثات وتستخدم مواد خام متجددة، مما يقلل من الأثر البيئي.
4) «التحليل الضوئي – Photochemical Methods»:يستخدم الضوء لتحليل الماء مباشرةً إلى هيدروجين وأكسجين، دون الحاجة إلى كهرباء خارجية.
- التكاليف: مثل الطرق البيولوجية، تكاليف البحث والتطوير عالية، والتكنولوجيا لا تزال في مراحل التطوير.
- التأثير البيئي: لا تنتج انبعاثات ضارة، وتعتمد على الموارد المتجددة.
كل طريقة من هذه الطرق لها تأثير محدد على سعر الهيدروجين المتكافئ «LCOH» وعلى الاستدامة البيئية لإنتاج الهيدروجين. اختيار الطريقة المناسبة يعتمد على توفر الموارد، البنية التحتية، التكلفة المستهدفة، والأهداف البيئية لكل مشروع.
- كفاءة العملية:
تشير كفاءة العملية في سياق إنتاج الهيدروجين إلى مدى فعالية العملية في استخدام الطاقة والموارد لتحويلها إلى هيدروجين. هذا الجانب من الكفاءة مهم جدًا لأنه يؤثر مباشرةً على الكلفة الإجمالية للإنتاج والبصمة البيئية للعملية بأكملها.
يتم تعريف مفهوم كفاءة العملية بالحصول على أكبر قدر ممكن من الهيدروجين من أقل كمية من المدخلات والطاقة. في مجال إنتاج الهيدروجين، تُعتبر العملية أكثر كفاءة عندما تستخدم طاقة أقل لفصل الهيدروجين من مركباته (مثل الماء في عملية الكهرلة) أو لإنتاجه من المواد الخام (مثل الغاز الطبيعي في إعادة تشكيل الغاز الطبيعي بالبخار).
كيف تؤثر كفاءة العملية على تكلفة الإنتاج؟
أ. استهلاك الطاقة: العمليات التي تتطلب مدخلات طاقة عالية تزيد من التكاليف التشغيلية مباشرة، لأن تكلفة الطاقة تمثل جزءًا كبيرًا من النفقات الكلية.
ب. استهلاك الموارد: العمليات ذات الكفاءة العالية تقلل من الحاجة إلى المواد الخام والمدخلات الأخرى، مما يخفض من التكاليف المتعلقة بالموارد.
ج. صيانة وتجديد المعدات: العمليات غير الكفوءة يمكن أن تتطلب صيانة أكثر تكرارًا وتجديدًا للمعدات، مما يزيد من التكاليف الرأسمالية «CAPEX» والتشغيلية «OPEX».
بفهم وتحسين كفاءة العملية، يمكن لمنتجي الهيدروجين تقليل تكاليفهم بشكل ملحوظ وتحسين الأثر البيئي لعملياتهم، مما يجعل الهيدروجين خيارًا أكثر استدامة وجاذبية لمستقبل الطاقة.
- تكاليف المُدخلات:
يشير مصطلح تكاليف المُدخلات إلى النفقات المرتبطة بالموارد الأولية اللازمة لإنتاج الهيدروجين. هذه الموارد تشمل الطاقة، المواد الخام، والمواد الاستهلاكية المختلفة. تأثير تكاليف المدخلات على الكلفة الإجمالية لإنتاج الهيدروجين يمكن أن يكون كبيرًا، ويعتمد بشكل كبير على طريقة الإنتاج المستخدمة وكفاءتها
1) الطاقة
- أهمية الطاقة: الطاقة هي أكبر مُدخل في معظم طرق إنتاج الهيدروجين، خاصة في الكهرلة. كفاءة استخدام الطاقة ومصدرها (متجددة أم غير متجددة) يحددان بشكل كبير الكلفة النهائية للهيدروجين.
- تأثير أسعار الطاقة: تؤثر تقلبات أسعار الطاقة “خصوصًا الكهرباء” بشكل ملحوظ على تكلفة الإنتاج، إذ ترفع زيادة أسعار الطاقة من تكلفة الهيدروجين بشكل مباشر.
2) المواد الخام
- أنواع المواد الخام: تشمل الغاز الطبيعي لطرق مثل إعادة تشكيل الغاز الطبيعي بالبخار (SMR)، الماء للكهرلة، ومواد عضوية للطرق البيولوجية.
- تأثير توفر المواد الخام: توفر وتكلفة المواد الخام يمكن أن يتغير بناءً على العوامل الجغرافية والسياسية، مما يؤثر على الاستقرار الاقتصادي للعمليات.
3) المواد الاستهلاكية والمواد الكيميائية
- استخدام المواد الاستهلاكية: في بعض طرق الإنتاج، مثل بعض أنواع الكهرلة، يتم استخدام مواد كيميائية كالقلويات أو الأحماض كجزء من العملية. تكلفة هذه المواد يمكن أن تضاف إلى التكاليف العامة للإنتاج.
- صيانة واستبدال المكونات: في عمليات مثل الكهرلة، قد تحتاج المحفزات والأغشية إلى استبدال دوري، مما يضيف إلى تكاليف التشغيل.
- التقدم التكنولوجي:
يلعب التقدم التكنولوجي دورًا محوريًا في تحسين كفاءة وتقليل تكاليف إنتاج الهيدروجين. هذه التطورات لا تؤثر فقط على الأداء البيئي لطرق الإنتاج، بل تساهم أيضًا في تخفيض التكاليف الرأسمالية «CAPEX» والتشغيلية «OPEX» بطرق متعددة.
تأثير التقدم التكنولوجي على التكاليف الرأسمالية «CAPEX»
أ. تحسين التصميم والمواد: يؤدي التقدم في الهندسة والمواد إلى تطوير معدات أكثر كفاءة وأقل تكلفة. مثلاً، استخدام مواد جديدة في صناعة الكهرلات قد يقلل من التكلفة الإجمالية للمعدات ويطيل عمرها الافتراضي.
ب. تكنولوجيا الإنتاج المحسنة: يؤدي تطوير تقنيات إنتاج جديدة إلى عمليات تركيب أسرع وأقل تعقيدًا، مما يخفض من النفقات الرأسمالية اللازمة لبناء مرافق الإنتاج.
ج. اقتصاديات الحجم: تؤدي زيادة الطلب على تقنيات إنتاج الهيدروجين وتوسع السوق إلى تخفيضات في التكاليف بفضل اقتصاديات الحجم. كما أن إنتاج المعدات بكميات أكبر يؤدي عادةً إلى انخفاض الأسعار.
تأثير التقدم التكنولوجي على التكاليف التشغيلية «OPEX»
أ. كفاءة الطاقة: تقلل التحسينات التكنولوجية التي تزيد من كفاءة الطاقة من استهلاك الطاقة في العمليات بشكل مباشر، مما يخفض فواتير الطاقة ويحسن الجدوى الاقتصادية لإنتاج الهيدروجين.
ب. تحسين الصيانة والعمر الافتراضي للمعدات: غالبًا ما تتميز التكنولوجيات الجديدة بمتطلبات صيانة أقل وعمر افتراضي أطول، مما يقلل من الحاجة إلى الإصلاحات والاستبدال المتكرر.
ج. أتمتة العمليات: استخدام الأتمتة في عمليات الإنتاج يقلل من الحاجة إلى اليد العاملة ويحسن الدقة والكفاءة، مما يقلل الأخطاء والفاقد في الموارد.
5. الدعم والحوافز:
تلعب الحكومات دورًا حاسمًا في تشجيع إنتاج الهيدروجين من خلال:
- الحوافز المالية: تقديم دعم مالي مباشر لمشاريع الهيدروجين يمكن أن يخفض بشكل فوري من النفقات الرأسمالية للشركات.
- الحوافز الضريبية: مثل الإعفاءات الضريبية والحوافز للاستثمار في التقنيات النظيفة، التي تقلل من العبء المالي على الشركات.
- الأطر التنظيمية: تطوير القوانين والسياسات التي تدعم استخدام وتوزيع الهيدروجين، مما يساعد على توسيع السوق وزيادة الطلب.
6. دمج البنية التحتية:
يساهم دمج البنية التحتية بتقليل تكاليف النقل والتخزين، فاستغلال البنية التحتية القائمة أساساً، مثل خطوط أنابيب الغاز الطبيعي، لنقل وتخزين الهيدروجين يمكن أن يكون له فوائد اقتصادية كبيرة، مثل:
أ. تقليل الحاجة لاستثمارات جديدة: استخدام البنى التحتية القائمة يقلل من الحاجة لرأس المال الضخم اللازم لبناء منشآت جديدة.
ب. تحسين الكفاءة اللوجستية: يسهل الدمج في شبكات البنية التحتية القائمة توزيع الهيدروجين ويقلل من تكاليف النقل والتخزين.
7. مشهد الطاقة:
يشير مشهد الطاقة إلى البيئة العامة لسوق الطاقة، بما في ذلك أسعار الطاقة، مصادر الطاقة المتاحة، والسياسات الحكومية المتعلقة بالطاقة. كل هذه العناصر تؤثر بشكل مباشر وغير مباشر على تكلفة إنتاج الهيدروجين وجدواه الاقتصادية.
إذ تؤثر تقلبات أسعار الطاقة بشكل مباشر على التكاليف، فارتفاع أسعار الطاقة يزيد من تكلفة العمليات التي تعتمد بشكل كبير على الطاقة، مثل الكهرلة. في المقابل، انخفاض أسعار الطاقة يمكن أن يخفض التكاليف التشغيلية، مما يجعل إنتاج الهيدروجين أكثر جدوى. كما تجعل التقلبات المستمرة في أسعار الطاقة من الصعب التنبؤ بتكاليف الإنتاج في المستقبل، مما يؤثر على قرارات الاستثمار والتطوير.
8. الموقع الجغرافي:
يلعب الموقع الجغرافي لمشروع إنتاج الهيدروجين دورًا محوريًا في تحديد التكاليف الكلية، خاصة فيما يتعلق بالمدخلات والطاقة:
أ. توفر موارد الطاقة: المناطق الغنية بمصادر الطاقة المتجددة، مثل الرياح والشمس، يمكن أن توفر طاقة أقل تكلفة لعمليات مثل الكهرلة. العكس صحيح في المناطق التي تعتمد بشكل أكبر على الطاقات الأحفورية.
ب. تكلفة البنية التحتية: المواقع القريبة من البنى التحتية الضرورية، مثل خطوط أنابيب الغاز أو شبكات الكهرباء القوية، يمكن أن تقلل من الحاجة لاستثمارات رأسمالية كبيرة.
9. البيئة السياسية والعوامل الاقتصادية:
يساهم السياق السياسي والاقتصادي للمنطقة بالتأثير بشكل كبير على الجدوى الاقتصادية لإنتاج الهيدروجين:
أ. السياسات والتنظيمات: السياسات الداعمة، مثل الإعفاءات الضريبية للتقنيات الخضراء والدعم المالي لمشاريع الطاقة المتجددة، يمكن أن تخفض التكاليف بشكل ملحوظ. من ناحية أخرى، القيود التنظيمية يمكن أن تزيد من التكاليف.
ب. الظروف الاقتصادية: الاقتصادات المستقرة تميل إلى تقديم بيئة استثمارية أفضل وتكاليف تمويل أقل. التضخم العالي وتقلبات سعر الصرف يمكن أن يزيد من تكاليف المدخلات والمواد المستوردة.
10. التخزين والنقل:
يشكل تخزين ونقل الهيدروجين جزءًا كبيرًا من النفقات الكلية، خاصة وأن الهيدروجين يحتاج إلى تقنيات محددة للتخزين الآمن والنقل:
- تكاليف التخزين: الهيدروجين يجب أن يُخزن تحت ضغط عالٍ أو في شكل سائل في درجات حرارة منخفضة جدًا، مما يتطلب تقنيات ومعدات خاصة تزيد من التكلفة.
- تكاليف النقل: نقل الهيدروجين، سواء عبر خطوط أنابيب أو بواسطة شاحنات خاصة، يتطلب استثمارات في البنية التحتية اللوجستية والأمان. النقل عبر مسافات طويلة يمكن أن يكون مكلفًا بشكل خاص.
استراتيجيات لتقليل تكاليف التخزين والنقل
أ. بناء منشآت إنتاج الهيدروجين بالقرب من مراكز الطلب أو البنية التحتية القائمة يمكن أن يخفض تكاليف النقل بشكل كبير.
ب. تطوير تقنيات تخزين جديدة التي تعمل على تحسين كفاءة التخزين وأمانه، مثل المواد المتقدمة لتخزين الهيدروجين بشكل صلب، قد تقلل من التكاليف طويلة الأجل.
ج. الشراكات بين الشركات المنتجة للهيدروجين ومزودي خدمات النقل والتخزين يمكن أن تساعد في تقاسم التكاليف وزيادة الكفاءة اللوجستية.
سعر الهيدروجين المتكافئ لمشاريع الهيدروجين الأخضر
تلعب الكهرلات دورًا حاسمًا في تحديد سعر الهيدروجين المتكافئ «LCOH» في مشاريع الهيدروجين الأخضر، إذ تتأثر بشكل كبير بأسعار الكهرباء. تساهم التقنيات المختلفة لكهرلة الماء في تحديد قيم «LCOH»، مع تباين في النفقات الرأسمالية «CAPEX» والتشغيلية «OPEX» لكل تقنية. اختيار المواد يؤثر بشكل مباشر على قيم «CAPEX»، بينما تؤثر كفاءة استهلاك الطاقة في كل تقنية على قيم «OPEX» المتعلقة بالعملية الكهروكيميائية.
تُظهر التقنيات الأربع الرئيسية للكهرلة، وهي الكهرلة بواسطة أكسيد الصلب «SOEC»، الكهرلة بغشاء التبادل البروتوني «PEM»، الكهرلة بغشاء التبادل الأنيوني «AEM»، والكهرلة بالماء المتحلل (القلوية) «AWE»، القدرة على خفض سعر الهيدروجين المتكافئ إلى أقل من 2 يورو لكل كيلوغرام بحلول عام 2030، مما يجعل الهيدروجين الأخضر قادرًا على المنافسة مع الهيدروجين الرمادي منخفض التكلفة. هذا التقدم يعد ضروريًا لتحقيق أهداف إنتاج الهيدروجين الطموحة خلال هذه الفترة.
من أجل إنتاج 10 ملايين طن من الهيدروجين الأخضر في الاتحاد الأوروبي، من الضروري تركيب ما بين 650 و750 جيجاواط من قدرات الكهرلة، حسب التقنية المستخدمة. ومع ذلك، يمثل القدر الحالي للطاقة التصنيعية العالمية، الذي يقدر بحوالي 20 جيجاواط، تحديًا كبيرًا لتحقيق هذا النطاق خلال السنوات السبع المقبلة. إن نجاح تحقيق أهداف المناخ يعتمد على جهود الشركات المصنعة لمختلف التقنيات. هذا التحدي يمثل أيضًا فرصة هائلة لدعم الصناعات الناشئة، تعزيز النمو الاقتصادي، وخلق فرص عمل، مع التحول التدريجي بعيدًا عن الوقود الأحفوري.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية..
نتمنى لكم يوماً مشمساً.
المصدر: تقرير فتح آفاق الهيدروجين الأخضر: نظرة عالمية وإقليمية مع التركيز على منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا
