تحولات پیش رو در دوران گذار از نفت به انرژی خورشیدی

سید حسین میرافضلی: جهان در دوران گذار از عصر نفت و انرژی های فسیلی به عصر برق است. در ۱۰ سال آینده بخش عمده حمل و نقل جهان برقی خواهد شد و برق مورد نیاز خودروها از طریق انرژی خورشیدی و بادی تأمین می شود. در این دوران گذار شاهد تحولات عظیمی در حوزه روش های تولید انرژی و جهت دهی کلی صنعت به سمت و سوی انرژی های پاک خواهیم بود. در عصر جدید، تنها عامل حرکت خودروها بنزین و گازوئیل نخواهد بود، بلکه برقی که به روش های مختلف، به خصوص توسط انرژی خورشیدی تولید می شود، موتور محرکه صنعت حمل و نقل خواهد بود. صنایع پتروشیمی، فولاد، سیمان و... نیز متأثر از عصر طلایی حاکمیت خورشید خواهند شد. از جمله تغییرات مهم یک دهه آتی عبارت اند از:

۱. نیروگاه های خورشیدی

بهره وری نیروگاه های خورشیدی با سرعت مناسبی در حال افزایش و قیمت تمام شده تولید هر کیلو وات برق خورشیدی نسبتا در حال کاهش است. نیروگاه های خورشیدی اکنون قادر به رقابت با سایر روش های تولید برق هستند و توسعه تیراژ تولید و بازار مصرف برای این صنعت رو به بهبود است. در ۱۰ سال آینده حدود نیمی از برق جهان توسط نیروگاه های خورشیدی تولید خواهد شد.

۲. جایگزینی خودروهای بنزین سوز  و گازوئیل سوز  با خودروهای برقی

کشورها، متناسب با مزیت های نسبی خود، در حال تولید برق هستند؛ برخی با محوریت خورشید، برخی با محوریت باد، برخی هسته ای، برخی زغال سنگ و برخی گازوئیل و مازوت. اما یک واقعیت انکار ناپذیر وجود دارد و آن اینکه کشورهایی مانند چین، ژاپن، کره جنوبی، هند و کشورهای اروپایی که وارد کنندگان اصلی نفت هستند، عمدتا در یک دهه آینده وابستگی خود به نفت را به حدود صفر خواهند رساند و سایر انرژی ها را جایگزین نفت می کنند. در حال حاضر حدود ۸۰ درصد نفت به بنزین و گازوئیل تبدیل می شود. با برقی شدن خودروها و کاهش کاربرد بنزین و گازوئیل، وابستگی کشورها به نفت سال به سال کمتر خواهد شد. در ۱۰ سال آینده بخش عمده خودروهای تولیدی جهان، برقی خواهند بود و تولید خودروهای بنزین سوز و گازوئیل سوز سال به سال کاهش خواهد یافت.

۳. باتری های نیروگاهی و باتری های آبی

نیروگاه های بر پایه باتری های بزرگ به سرعت رشد خواهند کرد و میلیاردها گیگا وات برق در این نیروگاه های ذخیره و توزیع،   در سراسر جهان احداث خواهند شد. این نیروگاه ها در طول روز با برق مازاد نیروگاه های خورشیدی شارژ می شوند و در ساعات اوج مصرف، برق ذخیره شده عرضه می شود. در حال حاضر عربستان در حال نصب ۲۵ هزار مگاوات باتری های نیروگاهی است. این گونه نیروگاه ها کاملا اقتصادی شده و به سرعت گسترش خواهند یافت. در ۱۰ سال آینده میزان نصب باتری های نیروگاهی متناسب با توسعه نیروگاه های خورشیدی افزایش خواهد یافت و درصد درخور توجهی از برق مورد نیاز در ساعات اوج مصرف از این طریق در محل های مصرف تأمین خواهد شد.

راه دیگر برای ذخیره برق تولید نیروگاه های خورشیدی در طول روز، توسعه نیروگاه های تلمبه ای ذخیره ای (باتری های آبی) است؛ در این نیروگاه ها، با استفاده از برق مازاد نیروگاه های خورشیدی در طول روز و برق مازاد شبکه در اواخر شب، آب از حوضچه پایین کوه به حوضچه بالای کوه پمپاژ می شود و در ساعات اوج مصرف با رها سازی آب حوضچه بالایی، برق بسیار زیادی تولید می شود که نمونه آن نیروگاه تلمبه ای ذخیره ای سیاه بیشه است که در ساعات اوج مصرف بیش از هزار مگاوات برق تولید می کند. می توان ده ها نیروگاه کوچک و متوسط تلمبه ای ذخیره ای در ایران راه اندازی کرد. هزینه بهره برداری این نیروگاه ها بسیار کمتر از نیروگاه های حرارتی و سایر نیروگاه ها ست. با تعداد کمی نیروی انسانی می توان چندین نیروگاه کوچک و متوسط تلمبه ای ذخیره ای را با روش های نوین نظارت و کنترل، مدیریت کرد. طول عمر مفید این نیروگاه ها از ۵۰ سال نیز  فراتر می رود.

۴. رونق واحدهای الکترولایز ر آب و توسعه نقش هیدروژن و اکسیژن در صنعت

در آینده نزدیک الکترولایزر ها از جمله مهم ترین مشتریان نیروگاه های خورشیدی خواهند بود. در الکترولایزرها با برق خورشیدی، آب به اکسیژن و هیدروژن تجزیه می شود و از هر دو آنها استفاده بسیار خواهد شد. با ترکیب هیدروژن و نیتروژن هوا آمونیاک سبز تولید می شود. از هیدروژن برای سوخت واحدهای صنعتی به عنوان سوخت پاکی که CO۲ تولید نمی کند، استفاده می شود، اما استفاده اصلی هیدروژن در صنعت پتروشیمی خواهد بود. از ترکیب هیدروژن و CO۲ می توان متانول تولید و سپس متانول را به اتانول تبدیل کرد. با استفاده از متانول در واحدهای MTO می توان اتیلن و پروپیلن تولید کرد. لذا با افزایش تولید هیدروژن حاصل از دستگاه های الکترولیز، صنعت پتروشیمی دچار تحولات گسترده ای خواهد شد. با داشتن هیدروژن، CO و CO۲ می توان محصولات بسیار زیادی تولید کرد.

در صنعت سیمان، با جایگزینی اکسیژن با هوا در کوره های کلسینه آهک می توان CO۲ خروجی از دودکش ها را به خلوص بالای مورد نیاز در صنعت پتروشیمی رساند. با CO۲ خلوص بالا و هیدروژن می توان واحدهای متانول، آمونیاک و... در نقاط مختلف جهان راه اندازی کرد. با جایگزینی اکسیژن با هوای ورودی به کوره های فولاد می توان CO۲ با خلوص بالا از دودکش کارخانه های فولاد دریافت کرد.

با جایگزینی اکسیژن حاصل از الکترولایزرها با هوای ورودی که محفظه احتراق نیروگاه های حرارتی خروجی دودکش نیروگاه ها CO۲ با خلوص بالا خواهد بود، از طرفی وقتی هوا وارد کوره یا محفظه احتراق می شود، تنها ۲۰ درصد آن اکسیژن و ۷۸ درصد آن نیتروژن است، لذا حرارت بسیار زیادی از سوزاندن نیتروژن به هدر می رود، از این منظر صرفه جویی درخور توجهی در مصرف انرژی به عمل می آید. به ازای هر مول گاز متانی که در کوره های سیمان و پتروشیمی و فولاد یا محفظه احتراق نیروگاه ها سوزانده می شود، نیاز به چهار مول اکسیژن است؛ بنابراین وقتی در نیروگاه هزار مگاواتی سالانه ۱.۸ میلیارد مترمکعب گاز سوزانده می شود، به مفهوم سوزاندن ۷.۲ میلیون تن اکسیژن است و چون اکسیژن حدود یک پنجم حجم هوا را تشکیل می دهد، باید پنج برابر اکسیژن مورد نیاز هوا وارد کوره ها و محفظه های احتراق شده و تا دمای ۸۵۰ درجه سانتی گراد  سوزانده شود...

یعنــی در نیــروگــاه هزار مگاواتی بخش درخور توجهی از گاز، صرف سوزاندن هوا می شود. به این دلیل، جایگزینی اکسیژن با هوای ورودی به واحدهای صنعتی ذکرشده مهم است.

از CO۲ نسبتا خالص خروجی دودکش نیروگاه ها و صنایع سیمان، فولاد و پتروشیمی ناشی از جایگزینی اکسیژن می توان جهت تزریق به میادین نفت استفاده کرد. به ازای تزریق هر متر مکعب CO۲ به میادین نفت کربناته و شکاف دار، حداقل یک بشکه به تولید نفت مخزن اضافه خواهد شد و این افزایش برداشت از حدود یک سال بعد از تزریق اثرات خود را نشان خواهد داد. با فرض اینکه در ۱۰ سال آینده یک میلیون تن هیدروژن با دستگاه های الکترولیز در ایران تولید شود، در آن صورت تولید اکسیژن حاصله به حدود هفت میلیون تن خواهد رسید که با این میزان اکسیژن حدود پنج میلیون تن (معادل حدود ۲.۵ میلیارد متر مکعب) CO۲ در کوره های ذکر شده تولید می شود؛ بنابراین، با این میزان CO۲ می توان حدود ۲.۵ میلیارد بشکه نفت بیشتر تولید کرد که درآمد  آن با نفت ۵۰ دلار حدود صد میلیارد دلار خواهد شد.

صنایع سیمان، فولاد و پتروشیمی و نیروگاه ها از جمله اصلی ترین منتشرکنندگان CO۲ و آلاینده های محیط زیست هستند، اما برق خورشیدی در آینده این صنایع را تحت تأثیر عمیق خود قرار می دهد.

حتی بدون تزریق اکسیژن و در حالت تأمین گرما با حرارت غیر مستقیم می توان میلیون ها تن CO۲ با خلوص ۹۵ درصد در کوره های کلسینه آهک تولید کرد؛ منتها باید آهک کاملا سابیده شود و تأمین حرارت متناسب با هر بخش کوره کلسینه تا دمای ۸۰۰ درجه انجام شود. در این صورت، هم مصرف انرژی خیلی کمتر می شود و هم در دمای ۸۰۰ درجه میزان خورندگی گازهای تولیدی در کوره کلسینه کاهش می یابد که پیشنهاد می شود این موضوع در کارخانه های سیمان و واحدهای کلسینه آهک مورد توجه بیشتری قرار گیرد.( البته در حالت کلی حرارت غیر مستقیم مصرف گاز را تا ده درصد افزایش می دهد اما آسیاب بیشتر آهک و افزایش سطح تماس نیز مصرف انرژی را کاهش می دهد)

ورود به عصر خورشید به مفهوم حذف کامل نفت و گاز نخواهد بود، بلکه تقاضا برای نفت کمتر می شود و قیمت نفت کاهش خواهد یافت و به محدوده ۳۰ تا ۴۰ دلار خواهد رسید. که در این محدوده تولید در میادین نفت شیل آمریکا و میادین نفت سیبری که حدود دو سوم تولید نفت روسیه را شامل می شود و میادین عمیق غرب آفریقا و و برخی میادین ونزوئلا و مکزیک غیر اقتصادی خواهد شد.  استفاده از نفت احتمالا تا حدود ۲۰ سال آینده تداوم داشته باشد؛ منتها برای انتشار CO۲ و آلاینده های زیست محیطی، جرایم سخت گیرانه ای اعمال خواهد شد. پیشنهاد می شود ایران نیز با سرعت در جهت احداث واحدهای الکترولیز آب سرمایه گذاری های جدی تری داشته باشد، دانش این تکنولوژی را بومی کرده و توسعه دهد و از هیدروژن در توسعه صنعت پتروشیمی بر پایه متانول و آمونیاک و اوره استفاده کند و اکسیژن حاصل از واحدهای الکترولایزر در مسیرهای ذکر شده مورد استفاده قرار گیرد. دستگاه های الکترولایزر نسل جدید می توانند بدون مشکل فقط در طول روز و با تأمین برق از نیروگاه های خورشیدی کار کنند. ایران می تواند بر اساس مزیت های خود، به صادر کننده بزرگ برق به کشورهای مختلف جهان تبدیل شود.

کره زمین دیگر ظرفیت و تحمل آلایندگی و ادامه روند گرمایش را ندارد. دوران منفعت طلبی ترامپی که آینده کره زمین و نسل های آینده را فدای منفعت طلبی های کوتاه مدت می کند، زود سپری خواهد شد و عقلا و اندیشمندان حرکاتی همچون خروج از پیمان های محیط زیستی را بر نخواهند تافت. بشر چاره ای جز نگاه مشترک بر مبنای داده های علمی و منفعت بشری به مدیریت کره زمین ندارد.

با توجه به مطالب ذکر شده، امید است برنامه ریزی های آتی کشور در حوزه انرژی با توجه به واقعیات پیش رو تدوین و تنظیم شوند. حتی با لحاظ نفت ۴۰ دلار، افزایش تولید با تزریق CO۲ به میادین نفتی می تواند سالانه ده ها میلیارد دلار سود خالص نصیب دولت کند؛ بنابراین ضروری است طرح های تزریق CO۲ به چاه های نفت مورد توجه جدی قرار گیرد.