Für Wasserstoff zu sein a Klima Lösung, Lecks muss sein angegangen

Damit Wasserstoff eine Lösung für das Klima sein kann, müssen Lecks beseitigt werden

Wenn Wasserstoff eine Lösung für das Klima sein soll, müssen die Lecks beseitigt werden.

Dieser Artikel wurde vom Environmental Defense Fund veröffentlicht und von Steven Hamburg und Ilissa OckoIt verfasst. Er fasst die Herausforderung der Wasserstoffspeicherung und des Wasserstofftransports sehr gut zusammen und ist ein Verdienst der Autoren, die eine komplexe Angelegenheit auf sehr einfache Weise erklären.

Die wichtigsten Punkte, die wir mitnehmen können, sind:

Öl- und Gasunternehmen und Regierungen weltweit setzen zunehmend auf Wasserstoff als Weg zur Dekarbonisierung. Nach Angaben des Hydrogen Council wurden kürzlich über 350 neue Projekte im Wert von $500 Milliarden angekündigt. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur könnte sich die Nachfrage bis 2050 versechsfachen.

Bevor man sich auf diesen umfangreichen Ausbau einlässt, muss man verstehen, wie Wasserstoff zum Klimawandel beitragen kann - einschließlich des erheblichen Erwärmungspotenzials von Wasserstoff, das nach wie vor weitgehend übersehen wird.

Ein Blick in die Wissenschaft des Wasserstoffs

Wir haben den aktuellen Stand der Wissenschaft in einer Arbeit untersucht, die sich derzeit im Peer-Review-Verfahren befindet, und sind zu dem Schluss gekommen, dass Wasserstoff unter den richtigen Umständen tatsächlich Teil einer sauberen Energiewende sein könnte. Wenn er jedoch falsch eingesetzt wird, könnte er in naher Zukunft schlechter für das Klima sein als die fossilen Brennstoffe, die er ersetzen würde.

Während Kohlendioxid ein Nebenprodukt der Wasserstoffproduktion sein kann, wird bei der Verbrennung oder Verwendung in einer Brennstoffzelle kein Kohlendioxid freigesetzt. Wenn er jedoch in die Atmosphäre abgegeben wird, trägt er zum Klimawandel bei, indem er die Menge anderer Treibhausgase wie Methan, Ozon und Wasserdampf erhöht, was zu einer indirekten Erwärmung führt.

Das ist ein Problem, denn das kleine Wasserstoffmolekül ist schwer einzudämmen. Es ist bekannt, dass er während der gesamten Wertschöpfungskette leicht in die Atmosphäre entweicht. Je weiter der Weg von der Produktion bis zum Endverbraucher ist, desto größer ist das Potenzial für Leckagen.

So viel ist bekannt. Aber es stellt sich heraus, dass wir sehr wenig darüber wissen, wie viel Wasserstoff tatsächlich aus realen Systemen entweicht. Das war bisher nicht klar, weil es keinen Grund gab, über die grundlegenden Sicherheitsschwellen hinaus zu schauen - bis jetzt.

Dies liegt daran, dass die traditionellen Messgrößen die kurzfristigen Auswirkungen von Wasserstoff und anderen kurzlebigen klimaschädlichen Stoffen systematisch ignorieren, indem sie die Erwärmungseffekte eines einmaligen Emissionsimpulses über einen Zeitraum von 100 Jahren (GWP-100) ausdrücken, wodurch ein viel größerer, unmittelbarerer Einfluss verdeckt wird.

Es gibt noch einen weiteren Grund, warum die erwärmende Wirkung von Wasserstoff unterschätzt wurde. Bis vor kurzem wurde bei jeder Schätzung der klimawirksamen Wirkung von Wasserstoff nur die Troposphäre berücksichtigt, nicht aber die Auswirkungen in der Stratosphäre. Die Berücksichtigung beider Bereiche zeigt, dass Wasserstoff ein größeres Erwärmungspotenzial hat, als gemeinhin angenommen wird.

Wendet man die kombinierten atmosphärischen Effekte auf einen kürzeren, relevanteren Zeitrahmen an, so schätzen wir, dass die fünfjährige Erwärmung durch einen Wasserstoffimpuls im Vergleich zu CO2 20-mal größer ist als die aktuellen Berechnungen, die den Standardansatz von 100 Jahren verwenden.

Und wenn wir die relative Erwärmung durch kontinuierliche statt durch impulsartige Emissionen betrachten - die für die reale Welt repräsentativer sind - ist Wasserstoff über einen Zeitraum von zehn Jahren 100-mal stärker als CO2-Emissionen.

Die Bedeutung der Bewertung von Leckraten

Um zu verstehen, was dies bedeuten könnte, haben wir die in der Literatur vorgeschlagenen möglichen Leckraten untersucht.

Bei hohen Leckraten könnten die Wasserstoffemissionen in den ersten fünf Jahren nach dem Ersatz der fossilen Brennstoffe zu einer fast doppelt so hohen Erwärmung führen. Sind die Leckraten jedoch minimal, könnte Wasserstoff im selben Zeitraum zu einer um 80% geringeren Erwärmung führen.

Die durch die Substitution von Wasserstoff über Jahrzehnte hinweg vermiedenen CO2-Emissionen bedeuten, dass der Klimavorteil unabhängig von den Leckraten entsteht. Selbst bei hohen Leckraten wäre der Erwärmungseffekt 100 Jahre nach der Umstellung auf Wasserstoff im Vergleich zu fossilen Brennstoffen um 80% geringer (obwohl die Berücksichtigung von Impulsen und nicht von kontinuierlichen Emissionen diesen Vorteil erheblich aufbläht).

Diese Ergebnisse gelten auch für Wasserstoff, der mit erneuerbaren Energien hergestellt wird: Selbst bei moderaten Leckagen könnte dieser "grüne" Wasserstoff die kurzfristige Erwärmung verstärken. Die Auswirkungen sind bei "blauem", aus Erdgas hergestelltem Wasserstoff sogar noch größer, da die Methanemissionen entlang der Erdgasversorgungskette zu einer zusätzlichen Erwärmung führen.

Das bedeutet, dass in wasserstoffintensiven Szenarien (50% oder mehr des Endenergiebedarfs werden durch Wasserstoff gedeckt) mit hohen Leckraten selbst grüner Wasserstoff im Jahr 2050 zu einer Erwärmung von einem Zehntel Grad Celsius beitragen könnte.

Da die kurz- und mittelfristigen Auswirkungen von Wasserstoff auf die Erwärmung so viel höher sind, als gemeinhin angenommen wird, ist es sinnvoll, diese Auswirkungen explizit zu berücksichtigen und aktiv zu minimieren, um den größtmöglichen Nutzen für das Klima zu erzielen, wenn fossile Brennstoffe durch Wasserstoff ersetzt werden. Schließlich ist es viel einfacher, Wasserstoffleckagen bei der Konstruktion eines Systems zu minimieren als bei der Nachrüstung eines Systems.

Wasserstoff richtig einsetzen, von Anfang an

Hier sind fünf Dinge, die zu einem positiven Klimaergebnis beitragen:

Mehr Forschung betreiben über die erwärmende Wirkung von Wasserstoff im Vergleich zu anderen Treibhausgasen und die Entwicklung von Modellen, die das Vertrauen in die Auswirkungen des Einsatzes von Wasserstoff auf die globalen Temperaturen bei unterschiedlichen Leckageraten erhöhen können.

Genaue Messung von LeckagenHierfür werden Geräte benötigt, die Wasserstoffkonzentrationen im Promillebereich messen können, damit wir die Leckraten systematisch quantifizieren können.

Klimametriken verwenden die die Rolle widerspiegeln, die Wasserstofflecks in der politisch relevanten nahen Zukunft spielen könnten, anstatt sich ausschließlich auf die 100-Jahres-Rechnung zu stützen.

Einbeziehung der Wahrscheinlichkeit von Wasserstofflecks und ihrer Auswirkungen bei Entscheidungen darüber, wo und wie Wasserstoff eingesetzt werden soll. Die Nutzung sollte dort konzentriert werden, wo er in unmittelbarer Nähe produziert und verwendet wird, so dass nur ein geringer Transportaufwand erforderlich ist.

Ermittlung von Maßnahmen zur Verringerung von Leckagen und bewährten Verfahren. Die in den letzten zehn Jahren gewonnenen Erkenntnisse über die Minimierung von Erdgasleckagen können trotz der unterschiedlichen Eigenschaften dieser beiden Gase hilfreich sein.
Die Umleitung von aus erneuerbaren Energiequellen erzeugtem Strom zur Herstellung von grünem Wasserstoff ist ebenfalls ein Problem. Da Wasserstoff nicht von selbst entsteht, ist immense Energie erforderlich, um ihn aus Wasser oder anderen Molekülen zu gewinnen. Das bedeutet, dass für die Nutzung von Wasserstoff mehr Energie benötigt wird als in Fällen, in denen eine direkte Elektrifizierung möglich ist.

Wir müssen auch weitere Klima- und Umweltfragen besser verstehen, einschließlich der gesundheitlichen Auswirkungen der NOx-Emissionen aus der Verbrennung von Wasserstoff auf die lokale Bevölkerung und die Auswirkungen auf die Wasserressourcen.

Wir dürfen auch nicht vergessen, die Effizienz und Dauerhaftigkeit der Technologie zur Kohlenstoffabscheidung zu berücksichtigen, die für die Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas und die Minimierung von Methanleckagen erforderlich ist. Die Vermeidung dieser Emissionen ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass blauer Wasserstoff einen großen Netto-Klimanutzen bringt.

Die Branche steckt noch in den Kinderschuhen. Wir haben die Möglichkeit, dafür zu sorgen, dass die enormen Investitionen in Wasserstoffprojekte auf der ganzen Welt die Vorteile bringen, die ihre Befürworter versprechen - aber nur, wenn wir einen proaktiven und wissenschaftlichen Ansatz verfolgen, wie, wann und wo wir sie einsetzen.

Fußnote des Triton-Wasserstoff-Teams: Tritonex bietet mit 100% eine wissenschaftlich erprobte Lösung zur Vermeidung von Wasserstofflecks.