Hvis brint skal være en klimaløsning, skal lækager håndteres.
Denne artikel blev udgivet af Environmental Defense Fund og er skrevet af Steven Hamburg og Ilissa OckoIt. Den opsummerer udfordringen med brintlagring og -transport meget godt, og det er forfatternes fortjeneste, at de forklarer et komplekst emne på en meget enkel måde.
De vigtigste pointer for os er:
Olie- og gasselskaber og regeringer verden over ser i stigende grad på brint som deres vej til dekarbonisering. Over 350 nye projekter til en værdi af $500 milliarder er for nylig blevet annonceret, ifølge Hydrogen Council. Det Internationale Energiagentur siger, at efterspørgslen kan seksdobles inden 2050.
Før man forpligter sig til denne enorme udbygning, er det vigtigt at forstå, hvordan brint kan bidrage til klimaforandringer - herunder brints eget betydelige opvarmningspotentiale, som stadig er meget overset.
Vi dykker ned i videnskaben om brint
Vi har sat os for at vurdere den nuværende videnskab i en artikel, der nu er i peer review, og vi finder, at under de rette omstændigheder kan brint faktisk være en del af en overgang til ren energi. Men hvis det gøres forkert, kan det være værre for klimaet på kort sigt end de fossile brændstoffer, det ville erstatte.
Mens kuldioxid kan være et biprodukt ved brintproduktion, udleder brint i sig selv ikke kuldioxid, når det brændes eller bruges i en brændselscelle. Men når det udledes i atmosfæren, bidrager brint til klimaforandringer ved at øge mængden af andre drivhusgasser som metan, ozon og vanddamp, hvilket resulterer i indirekte opvarmning.
Det er et problem, fordi brint som et lille molekyle er svært at inddæmme. Det er kendt for let at lække ud i atmosfæren gennem hele værdikæden. Jo længere det bevæger sig mellem produktion og slutbrug, jo større er potentialet for lækage.
Så meget ved vi. Men det viser sig, at vi ved meget lidt om, hvor meget brint der rent faktisk slipper ud af systemer i den virkelige verden. Det har ikke været klart, fordi der ikke har været nogen grund til at se ud over de grundlæggende sikkerhedsgrænser - før nu.
Det skyldes, at traditionelle målinger systematisk ignorerer den kortsigtede effekt af brint og andre kortlivede klimaforstærkende stoffer ved at udtrykke opvarmningseffekterne fra en engangspuls af emissioner over en tidsramme på 100 år (GWP-100), hvilket maskerer en meget større, mere umiddelbar indflydelse.
Der er en anden grund til, at brints opvarmende effekt er blevet undervurderet. Indtil for nylig har alle estimater af brints klimaforstærkende effekt kun taget højde for troposfæren og ikke for effekterne i stratosfæren. Hvis man tager højde for begge dele, afsløres det, at brint har et større opvarmningspotentiale, end man typisk anerkender.
Ved at anvende de kombinerede atmosfæriske effekter over en kortere, mere relevant tidsramme anslår vi, at den femårige opvarmningseffekt fra en brintpuls i forhold til CO2 er 20 gange større, end de nuværende beregninger viser ved hjælp af den almindelige 100-års tilgang.
Og når vi ser på den relative opvarmningseffekt fra kontinuerlige emissioner i stedet for pulsemissioner - som er mere repræsentative for den virkelige verden - er brint 100 gange mere potent end CO2-emissioner over en 10-årig periode.
Vigtigheden af at vurdere lækagerater
For at forstå, hvad det kunne betyde, undersøgte vi mulige lækagerater, som er foreslået i litteraturen.
I situationer med store lækager kan brintudledninger give næsten dobbelt så meget opvarmning i de første fem år efter, at de har erstattet de fossile brændstoffer. Men hvis lækageraten er minimal, kan brint give et fald i opvarmningen på 80% i den samme tidsperiode.
CO2-emissioner, der undgås over årtier ved at erstatte brint, betyder, at klimafordelene opstår uanset lækageraten. Selv med høj lækage vil opvarmningseffekten 100 år efter et brintskift være 80% lavere sammenlignet med fossile brændstoffer (selvom det at stole på puls, snarere end kontinuerlige emissioner, puster denne fordel betydeligt op).
Disse resultater gælder for brint produceret med vedvarende energi: Med selv moderate lækager kan denne "grønne" brint øge opvarmningen på kort sigt. Virkningerne er endnu større for "blå" brint produceret af naturgas på grund af den ekstra opvarmning fra metanudledningen i naturgasforsyningskæden.
Det betyder, at i brintintensive scenarier (50% eller mere af det endelige energibehov dækket af brint) med høje lækagerater kan selv grøn brint bidrage med en tiendedel af en grad Celsius af opvarmning i 2050.
Da brints opvarmningseffekter på kort og mellemlangt sigt er så meget højere end normalt anerkendt, giver det mening, at effekterne udtrykkeligt afspejles og aktivt minimeres for at opnå de maksimale klimafordele ved at erstatte fossile brændstoffer med brint. Når alt kommer til alt, er det meget lettere at minimere brintlækage, når man designer et system, end når man eftermonterer et.
At få brint rigtigt fra starten
Her er fem ting, der kan hjælpe med at sikre et positivt klimaresultat:
Foretag mere forskning på brints opvarmningseffekter i forhold til andre drivhusgasser og udvikle modeller, der kan øge tilliden til de virkninger, som brintanvendelse vil have på globale temperaturer ved forskellige lækagerater.
Nøjagtig måling af lækageDet vil kræve udstyr, der kan måle brintkoncentrationer på del-per-milliard-niveau, så vi systematisk kan kvantificere lækageraten.
Brug klimamålinger der afspejler den rolle, som brintlækage kan spille på det politisk relevante korte sigt, i stedet for udelukkende at basere sig på 100-årsregnskaber.
Omfatter sandsynligheden for brintlækage og konsekvenserne heraf. i beslutninger om, hvor og hvordan brint skal anvendes. Brugen bør koncentreres, hvor den produceres og bruges i umiddelbar nærhed, med begrænset behov for at transportere den.
Identificere foranstaltninger og best practices til at mindske lækager. Erfaringerne fra det seneste årti med at minimere lækage af naturgas kan hjælpe, på trods af forskellene i egenskaberne for disse to gasser.
Omdirigering af vedvarende elektricitet til produktion af grøn brint er også et problem. Fordi brint ikke opstår af sig selv, er der brug for enorm energi til at udvinde det fra vand eller andre molekyler. Det betyder, at der skal mere energi til at bruge brint end i tilfælde, hvor direkte elektrificering er mulig.
Vi skal også forstå flere klima- og miljøspørgsmål bedre, herunder de sundhedsmæssige virkninger på lokalsamfundene af NOx-emissioner fra brintforbrænding og indvirkningen på vandressourcerne.
Vi må heller ikke glemme at overveje effektiviteten og varigheden af den kulstofindfangningsteknologi, der er nødvendig for at producere brint fra naturgas og minimere metanlækage. At forhindre disse udledninger er afgørende for, at blå brint kan levere store netto klimafordele.
Industrien er stadig i sin vorden. Vi har en mulighed for at sikre, at de enorme investeringer i brintprojekter verden over leverer de fordele, som bagmændene lover - men kun hvis vi har en proaktiv og videnskabelig tilgang til, hvordan, hvornår og hvor vi indfører det.
Fodnote af Triton Hydrogen-teamet: Tritonex leverer en 100% videnskabeligt dokumenteret løsning til at forhindre brintlækage.