طرق إنتاج الهيدروجين العالمي ضمن حدود الكوكب

لماذا يهم مستقبل الهيدروجين لكوكب الأرض بأكمله

يُشيد بالهيدروجين كثيرًا كوقود نظيف عجيب يمكنه دفع السفن والمصانع والصناعات الثقيلة بدون تسخين الكوكب. لكن إنتاج كميات هائلة من الهيدروجين سيضع بدوره مطالب جديدة على الأراضي والمياه والطاقة والبيئة الأوسع. تطرح هذه الدراسة سؤالًا بسيطًا لكنه حاسم: هل يمكن للعالم زيادة إنتاج الهيدروجين بسرعة كافية للمساعدة في تحقيق أهداف المناخ من دون دفع نظم دعم الحياة على الأرض إلى تجاوز حدودها الآمنة؟

فكرة مساحة تشغيل آمنة للبشرية

يبني الباحثون على مفهوم حدود الكوكب، الذي يحدد «مساحة تشغيل آمنة» للنشاط البشري عبر تسعة عمليات كوكبية، بما في ذلك المناخ والتنوع البيولوجي واستخدام المياه العذبة وتلوث المغذيات. العديد من هذه الحدود قد تُجاوزت بالفعل. وبما أن خطط المناخ المستقبلية تفترض دورًا هائلًا للهيدروجين في خفض الانبعاثات من الفولاذ والكيماويات والأسمدة والنقل، يجادل الفريق بأن الهيدروجين يجب أن يبقى ضمن نصيبه العادل من هذه المساحة الآمنة. وهذا يعني النظر إلى ما هو أبعد من ثاني أكسيد الكربون وحده ومراعاة كيف تتدحرج آثار إنتاج الهيدروجين عبر نظام الأرض بأكمله.

نموذج عالمي لمستقبل الهيدروجين ونظام الأرض

لاستكشاف ذلك، يجمع المؤلفون بين أداتين قويتين. أولاً، يستخدمون سيناريوهات التخفيف المناخي من هيئة الأمم المتحدة للمناخ والتي تتوافق مع حصر الاحترار عند حوالي 1.5 °م. تحدد هذه السيناريوهات مقدار الهيدروجين الذي من المرجح أن يحتاجه العالم بين 2025 و2050 ومدى سرعة إزالة الكربون في القطاعات الأخرى. ثانيًا، يبنون نموذجًا تفصيليًا من الأسفل إلى الأعلى لثلاث عشرة طريقة مختلفة لصنع الهيدروجين، بما في ذلك التحليل الكهربائي للماء باستخدام كهرباء متجددة، وطرق الوقود الأحفوري المزوَّدة بالتقاط وتخزين الكربون، ومختلف تقنيات المستمدة من الكتلة الحيوية. ثم يربطون هذا النظام الإنتاجي بنموذج تفاعل نظام الأرض الذي يتتبع كيف يمكن أن تُضعِف أو تُعزز الضغوط على أحد حدود الكوكب الضغوط على حدود أخرى عبر حلقات التغذية الراجعة.

ماذا يحدث للكوكب مع توسع إنتاج الهيدروجين

يظهر النموذج أنه حتى في ظل افتراضات متفائلة، من المرجح أن يكون إنتاج الهيدروجين العالمي غير مستدام بيئيًا بين الآن و2050. مع ارتفاع أحجام الهيدروجين من بضعة ملايين من الأطنان اليوم إلى مئات الملايين من الأطنان منتصف القرن، تتقلص «المساحة» البيئية المتاحة لكل وحدة من الهيدروجين لأن قطاعات أخرى أيضاً تخفض الانبعاثات. يجد الفريق أنه، من دون النظر في تغذيات نظام الأرض، كان إنتاج الهيدروجين سيتجاوز بالفعل نصيبه المخصص من ستة من أصل تسعة حدود كوكب بحلول 2025، بما في ذلك المناخ وحموضة المحيطات ودورات المغذيات. عندما تُضمَّن التغذيات الراجعة — على سبيل المثال كيف يمكن لفقدان التنوع البيولوجي أن يفاقم تغير المناخ — تُضخَّم هذه التجاوزات بشكل كبير، وتدفع آثارًا كانت في السابق هامشية مثل استخدام المياه العذبة وتغير استخدام الأراضي إلى ما وراء الحدود الآمنة أيضًا.

أفضل وأسوأ الطرق لصنع الهيدروجين

ليس كل الهيدروجين متساويًا. تُظهر التحليلات أن الهيدروجين المصنوع من التحليل الكهربائي للماء بواسطة كهرباء منخفضة الانبعاثات له أقل أثر كوكبي إجمالي. ومع ذلك، حتى هذا الخيار «الأخضر» يتجاوز عدة حدود لأن إنتاج الألواح الشمسية وتوربينات الرياح والبنية التحتية الأخرى لا يزال يعتمد على التعدين والعمليات الصناعية التي تُصدر غازات دفيئة وتطلق كميات كبيرة من النيتروجين والفوسفور إلى البيئة. يعمل الهيدروجين من الوقود الأحفوري المزوَّد بالتقاط الكربون بشكل مشابه للتحليل الكهربائي من حيث الأثر المطلق، وقد يخدم كخيار انتقالي إذا توفرت مساحات تخزين جيولوجي كافية للكربون الملتقط. في تباين صارخ، يبرز الهيدروجين واسع النطاق المعتمد على الكتلة الحيوية كأسوأ سيناريو: إذ يزيد بشكل كبير الضغوط على المناخ والتنوع البيولوجي والمياه ودورات المغذيات، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن زراعة ومعالجة الكتلة الحيوية تعطل النظم الإيكولوجية وتطلق الكربون المخزن.

هل يمكن لإزالة الكربون الإضافية أن تجعل الهيدروجين مستدامًا؟

يختبر المؤلفون أيضًا ما إذا كان دمج إنتاج الهيدروجين مع الالتقاط المباشر لثاني أكسيد الكربون من الهواء يمكن أن يعيد النظام داخل حدود الكوكب. في نموذجهم، يمكن لالتقاط وتخزين عدة كيلوغرامات من CO₂ لكل كيلوغرام هيدروجين أن يقلص بشكل كبير التجاوز المرتبط بالمناخ ويخفف بعض الآثار الأخرى. لكن هذا الحل يأتي مع مطالبه الخاصة: هناك حاجة لكميات إضافية هائلة من الكهرباء المتجددة لتشغيل محطات الالتقاط، وتظل الضغوط المتعلقة بالمغذيات الناجمة عن تعدين المواد لتقنيات الطاقة المتجددة مرتفعة. كما أن الفوائد حساسة جدًا لهدر الهيدروجين (التسريبات)، والتي قد تقوض كثيرًا من الميزة المناخية إذا لم يتم التحكم فيها بإحكام.

ما الذي يعنيه هذا لمستقبل هيدروجين نظيف حقًا

للغير متخصصين، الرسالة المركزية هي أن الهيدروجين ليس «أخضر» تلقائيًا لمجرد أنه لا ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون عند احتراقه. وفقًا لهذه الدراسة، من المرجح أن يظل إنتاج الهيدروجين واسع النطاق غير مستدام بيئيًا في العقود القادمة ما لم يُدار بحذر. الطريق الأكثر وعدًا يتضمن إعطاء الأولوية للتحليل الكهربائي الفعال للماء المدعوم بكهرباء منخفضة الأثر حقًا، وتركيب التقاط الكربون الفعّال في المصانع القائمة على الوقود الأحفوري كجسر، والحد من استخدام الكتلة الحيوية إلى النفايات والبقايا الحقيقية، ونشر إزالة الكربون حيثما كان ممكنًا، وتشديد السيطرة على تسريبات الهيدروجين. باختصار، يمكن أن يكون الهيدروجين أداة حيوية لخفض الانبعاثات في القطاعات التي تفتقر إلى بدائل — لكن فقط إذا خُطط لإنتاجه ضمن الحدود الأوسع لنظام الأرض.

الاستشهاد: Lejeune, M., Kara, S., Hauschild, M.Z. et al. Pathways to global hydrogen production within planetary boundaries. Nat Commun 17, 3521 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70168-x

الكلمات المفتاحية: الهيدروجين النظيف, حدود الكوكب, التحليل الكهربائي المتجدد, التقاط الكربون, الالتقاط المباشر من الهواء