أنابيب الهيدروجين.. "العين الإخبارية" تتبع خطوط نقل الطاقة النظيفة في العالم

مع توجه العالم نحو الطاقة النظيفة، بدأت البنية التحتية الجديدة للهيدروجين في الظهور حيث يسعى العالم إلى تسريع مساره إلى صافي الصفر.

هناك عدد قليل جدا من الطرق المختصرة لمستقبل مستدام، وببساطة تحويل البنية التحتية الحالية للنفط والغاز إلى الهيدروجين ليس دائما قابلا للتطبيق.

تكمن الفيزياء في قلب هذا التحدي، حيث يتمتع الهيدروجين بكثافة طاقة جاذبية عالية وكثافة طاقة حجمية منخفضة. هذا يعني أنه من بين الخيارات، ستكون خطوط أنابيب الهيدروجين أفضل بكثير من السفن في نقل الهيدروجين على مسافات قصيرة إلى متوسطة المدى.

اليوم، يوجد بالفعل أكثر من 4300 كيلومتر لنقل الهيدروجين مع أكثر من 90% منها تقع في أوروبا وأمريكا الشمالية.

• لماذا تزيد واشنطن استثماراتها في إنتاج الديزل؟

تقدر شركة Rystad Energy أن هناك حوالي 91 مشروعا مخططا لخطوط الأنابيب في العالم، يبلغ مجموعها 30300 كيلومتر ومن المقرر أن يبدأ العمل بها بحلول عام 2035.

في الحالات التي يتم فيها شحن الهيدروجين (مثل الهيدروجين أو مشتقاته)، سيتم توزيعه في النهاية على الأرض باستخدام أنابيب الهيدروجين، مما يجعل النقل عبر خطوط الأنابيب وسيلة نقل مهمة للغاز.

تستخدم خطوط أنابيب الهيدروجين بالفعل لتزويد المحاور الصناعية (في مصانع البتروكيماويات على سبيل المثال).

مع زيادة العرض والانتقال من المناطق ذات الطاقة الوفيرة والمتجددة إلى مراكز الطلب، ستكون خطوط النقل الطويلة ضرورية وستتطلب خطوط الأنابيب هذه أقطارا أكبر وضغطا أعلى لتحقيق فعالية التكلفة وبالتالي درجات فولاذية أعلى

على الصعيد العالمي، تتصدر أوروبا جهود إنتاج واستيراد الهيدروجين الأخضر ويتجه اهتمامها الآن إلى بناء البنية التحتية اللازمة لنقله إلى مراكز الطلب.

وفقًا لأبحاث Rystad Energy، تعد إسبانيا وفرنسا وألمانيا من بين الدول الملتزمة أو التي تفكر في إنشاء خطوط أنابيب عبر الحدود لتسهيل تدفق الطاقة، في حين أن المملكة المتحدة بشبكتها الغازية الواسعة تجد نفسها في وضع رائع للتحول من الغاز الطبيعي إلى الهيدروجين.

• هل يرتفع التضخم في أمريكا من جديد؟.. النفط يقول كلمته

يعتبر الهيدروجين ركيزة أساسية في إزالة الكربون في الاتحاد الأوروبي على النحو المنصوص عليه في استراتيجيته الخاصة بالهيدروجين في عام 2020.

كما تلعب دورا مركزيا في خطة REPowerEU للتخلص التدريجي من واردات الوقود الأحفوري الروسي التي تهدف إلى إنتاج 10 ملايين طن من الهيدروجين المتجدد بحلول عام 2030 واستيراد 10 ملايين طن أخرى في نفس الإطار الزمني، وفقا لـ"Oil price".

بالنظر إلى مشاريع الهيدروجين الخضراء المقترحة في الاتحاد الأوروبي، هناك حاليا 7.9 مليون طن من الإمداد المحلي مع بدء التشغيل بحلول عام 2030 (أو 2.1 مليون طن فقط من الهدف)، مع إمدادات قريبة تصل إلى 1 مليون طن في بقية أوروبا (المملكة المتحدة والنرويج بشكل أساسي) و1 طن متري آخر في الشرق الأوسط.

بالإضافة إلى ذلك، هناك 3.4 مليون طن من المشاريع المقترحة في أفريقيا، والتي يمكن أن تزود أوروبا بأكبر كميات من الهيدروجين عن طريق السفن أو خطوط الأنابيب.

للتخطيط لتوزيعها داخل الكتلة، نشرت مبادرة العمود الفقري للهيدروجين الأوروبية (EHB)، وهي مجموعة تضم 31 مشغلا أوروبيا لأنظمة نقل الغاز (TSOs)، ورقة رؤية للبنية التحتية لخطوط أنابيب الهيدروجين المستقبلية.

يعتمد هذا على التحليل الوطني لتوافر البنية التحتية الحالية للغاز الطبيعي، وتطورات سوق الغاز الطبيعي المستقبلية، وتطورات سوق الهيدروجين المستقبلية.

وفقا لخريطة البنية التحتية للهيدروجين لعام 2030 الخاصة بـEHB، من المتوقع أن يبلغ الطول الإجمالي 28000 كم في عام 2030 و53000 كم بحلول عام 2040 في 28 دولة أوروبية معنية.

• العلامة الزرقاء تثير أزمات في تويتر.. هل ينجح ماسك في ترويض الأعداء؟

حاليا، تصل خطوط أنابيب الهيدروجين المخصصة التي ستكون متاحة بحلول عام 2030 إلى 23365 كيلومترا، وهو ما يمثل 83% من هدف 2030.

سيكون بدء تشغيل خطوط أنابيب الهيدروجين في أوروبا تدريجيا وسيعتمد بدء المشروع في خطوط أنابيب النقل أو التوزيع على الطلب.

فرنسا وإسبانيا وألمانيا

تأخذ أوروبا زمام المبادرة عالميا مع خطوط الأنابيب المخطط لها داخل وخارج الشاطئ.

تم الإعلان مؤخرا عن خط أنابيب الهيدروجين H2Med Barcelona-Marseille تحت سطح البحر بتكلفة حوالي 2.1 مليار دولار على امتداد 450 كيلومترا، وتم الإعلان مؤخرا عن تمديده إلى ألمانيا أيضا.

يوجد 4 مشغلين للشبكات هم شركة Enagas الإسبانية، وشركة REN البرتغالية ، وGRT وTerega من فرنسا، يقومون حاليا بإجراء دراسات فنية وتخطيطات خطوط الأنابيب المحتملة وتقييمات التكلفة.

أول مشروع لأنابيب الهيدروجين البحرية في ألمانيا، AquaDuctus، سينقل الهيدروجين الأخضر من منشآت الرياح البحرية في بحر الشمال إلى ألمانيا.

• إنجازات نيوم.. ماذا يحدث في مشروع السعودية التاريخي؟

يمتد خط الأنابيب لأكثر من 400 كيلومتر، ووفقًا لأحد شركاء المشروع، RWE، يُقال إنه الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة لنقل كميات كبيرة من الطاقة عبر مسافات تزيد عن 400 كيلومتر، مقارنةً بنقل الطاقة من الجهد العالي المباشر. نظام النقل الحالي (HVDC). لهذا السبب ، تم استبعاد خيار نقل الطاقة إلى الشاطئ باستخدام كبلات الطاقة.

اليونان

خط أنابيب مقدونيا الغربية هو خط أنابيب غاز طبيعي جديد بدأ البناء في اليونان في وقت سابق من هذا العام.

تم تصميمه ليكون قادرا على حمل الهيدروجين بنسبة 100% بأمان في مرحلة لاحقة عند ضغط عالٍ عبر خطوط أنابيب فولاذية عالية القوة بأقطار كبيرة.

ستقوم مشغل نظام نقل الغاز اليوناني DESFA بتشغيل خط الأنابيب هذا بطول 163 كم، وهو جزء من مبادرة EHB.

سيتم استكمال إنشاء خطوط أنابيب الهيدروجين الجديدة المخصصة بإعادة استخدام شبكات الغاز الحالية. وفقًا لـEHB، يمكن إعادة توظيف 60% بحلول عام 2040، بينما وفقًا لمشاريع خطوط الأنابيب قيد التنفيذ، فإن هذا يمثل حاليًا 40%.

ستكون هناك حاجة إلى خطوط أنابيب بناء جديدة ولكنها قد تواجه مجموعة من العقبات المتعلقة بحركة المرور وإدارة الإنشاءات وحماية البيئة، خاصة إذا كانت تمتد لمسافات طويلة وتمر عبر مناطق سكنية.

على سبيل المثال، يمكن لخط أنابيب HyNet North West الجديد التابع لشركة Cadent في المملكة المتحدة أن يعيق تطوير المشروع.

• الأزمة المصرفية تتسرب في مفاصل البنوك.. ماذا سيحدث؟

ستقوم HyNet بإنتاج وتخزين وتوزيع الهيدروجين، بالإضافة إلى التقاط وتخزين الكربون من الصناعة في الشمال الغربي.

تم تعيين خط الأنابيب، الذي قد يكون أول خط أنابيب هيدروجين 100% في المملكة المتحدة على نطاق واسع، لتوزيع الهيدروجين المنتج في مجمع ستانلو للتصنيع على العديد من عملاء الغاز الصناعي في جميع أنحاء المنطقة.

ومع ذلك، لم يتم الاتفاق على النموذج التنظيمي لأنابيب الهيدروجين في البلاد حتى الآن، وادعى مجلس وارينجتون، وهو أحد السلطات المحلية على مسار خط الأنابيب، أنه سيعطل تطوير الإسكان المحلي.

توفر إعادة توجيه خطوط الأنابيب بديلا مقنعا من منظور اقتصادي، ويمكن تتبعها بسرعة أيضا، مقارنة بوضع خطوط أنابيب جديدة.

تمتلك أوروبا شبكة غاز واسعة، وتغيير الغرض منها للهيدروجين مع انخفاض الغاز سوف ينفخ الحياة في نظام كان من الممكن أن يصدأ لولا ذلك. بعد التعديلات، يمكن لأنابيب الغاز الطبيعي الفولاذية المعاد استخدامها أن تستوعب 100% من غاز الهيدروجين.

ومع ذلك، عندما يتم مزج الهيدروجين بالغاز، فإن النسبة المئوية تقتصر على حوالي 20% حيث يكون الغرض من الاستخدام النهائي هو التسخين المباشر أو غير المباشر.

تقدر الدراسات ذات الصلة استخدام شبكات الغاز الطبيعي الحالية لنقل الهيدروجين 4 مرات أكثر فعالية من حيث التكلفة من إنشاء خطوط أنابيب جديدة.

لا توجد سوى اختلافات محدودة في نفقات التشغيل بين شبكة نقل الهيدروجين القائمة على خطوط أنابيب الغاز الطبيعي المعاد توجيهها وشبكة نقل الهيدروجين المكونة بالكامل من خطوط أنابيب جديدة.

بالنظر إلى أن النقل أثقل عموما من حيث الإنفاق الرأسمالي من التكاليف التشغيلية، فقد يكون هذا أيضا سببا لوجود اختلاف محدود في نقل الهيدروجين بدلا من الغاز الطبيعي.

• فيرجن أوربت.. قصة فشل وضعت بريطانيا في مأزق

تدور جدوى إعادة توجيه خطوط أنابيب الغاز الطبيعي حول التغلب على المخاوف الفنية المتعلقة بنقل خطوط الأنابيب، والتي تشمل تقصف الهيدروجين للصلب واللحام، ونفاذ الهيدروجين والتسرب.

تؤدي قدرة الهيدروجين على الانفصال على الأسطح المعدنية، والذوبان في الشبكة المعدنية وتغيير الاستجابة الميكانيكية للمعدن إلى إجهاد وكسر بمساعدة الهيدروجين، وهي عملية تسمى تقصف الهيدروجين، والتي تشكل تحديا كبيرا لخط أنابيب الغاز الطبيعي الفولاذي الحالي.

يمكن لجزيئات الهيدروجين الصغيرة أن تتخلل المادة مما يؤدي إلى حدوث تسريبات. للتغلب على تحديات نقل الهيدروجين، يمكن استخدام الطلاء وغلاف المواد ذات المقاومة الكافية لتقصف وتغلغل الهيدروجين، ولكن حتى الآن لم يتم اختبار هذا على نطاق تجاري في خطوط أنابيب النقل.

هناك إمكانية قوية لاستخدام أنابيب البلاستيك الحراري المقواة (RTP) في خطوط أنابيب التوزيع للهيدروجين حيث يمكن الحصول على RTP بأطوال أطول بكثير من الفولاذ، وتكلفة تركيب خطوط أنابيب RTP أرخص بحوالي 20% من خطوط الأنابيب الفولاذية.

في المملكة المتحدة، تمت ترقية 62.5% من شبكة توزيع الغاز الحالية بإدخال البولي إيثيلين في أنبوب الحديد، ومعظم هذه الشبكات تعتبر لاستخدام الهيدروجين في المستقبل.

نظرا لمخاوف تتعلق بالسلامة، ستتم ترقية أجزاء كبيرة من شبكة توزيع خطوط الأنابيب الحديدية تدريجيا كجزء من برنامج استبدال أنابيب الغاز الرئيسية في المملكة المتحدة، وتشير التقديرات إلى أن 90% من شبكة توزيع الغاز القديمة ستستخدم البولي إيثيلين بحلول عام 2032.

وهذا يعني أن المملكة المتحدة في وضع جيد لتسريع توزيع الهيدروجين عن طريق خطوط الأنابيب متى وأينما كان ذلك ضروريا.

• النفط الروسي.. مناورة روسية للهرب من "فخ" أوروبا وواشنطن

ومع ذلك، خلصت دراسة حديثة أجرتها Open Grid Europe مع جامعة شتوتغارت إلى أن خطوط الأنابيب الفولاذية الحالية المثبتة في شبكة الغاز الألمانية "جاهزة للهيدروجين" ويمكنها بالفعل حمل ما يصل إلى 100% من الهيدروجين.

ينطبق هذا على جميع درجات الصلب المستخدمة في خطوط أنابيب الغاز في ألمانيا وفي بعض الأجزاء الأخرى من أوروبا.

كجزء من البحث، خضعت عينات من أنواع الصلب المستخدم في خطوط الأنابيب الألمانية لطرق قياس شاملة، على عكس الدراسات السابقة، اعتبرت متغيرات إضافية مثل تأثير ضغط الهيدروجين.

ومع ذلك، فقد أظهرت المناقشات مع مصنعي الأنابيب أن بعضهم وجدوا أن نتيجة الدراسة متفائلة.

قد يؤثر تقصف الهيدروجين على الأنابيب اعتمادا على خواصها المعدنية والميكانيكية والحالة الحالية للأنبوب، بعد سنوات في الخدمة.

نتيجة لذلك، تتوقع Rystad Energy مزيدا من التباين من حيث ملاءمة خطوط الأنابيب الحالية لنقل الهيدروجين. على الرغم من أن هذا الاستنتاج يغطي فقط الأنابيب، وليس الضغط أو الصمامات أو المكونات الأخرى، في أحسن الأحوال، يمكن جعل خطوط أنابيب الغاز جاهزة للهيدروجين بجهد ضئيل نسبيا مقارنة بما كان يُعتقد سابقا.