Для того чтобы водород стал решением проблемы климата, необходимо бороться с утечками.
Эта статья, опубликованная Фондом защиты окружающей среды, написана Стивеном Гамбургом и Илиссой ОккоИт. В ней очень хорошо изложена проблема хранения и транспортировки водорода, и это заслуга авторов, которые очень просто объясняют сложный вопрос.
Основные выводы для нас таковы:
Нефтегазовые компании и правительства во всем мире все чаще рассматривают водород в качестве пути к декарбонизации. По данным Совета по водороду, за последнее время было объявлено о более чем 350 новых проектах на сумму $500 млрд. По данным Международного энергетического агентства, к 2050 году спрос на водород может увеличиться в шесть раз.
Прежде чем приступать к такому масштабному строительству, необходимо понять, каким образом водород может способствовать изменению климата, включая значительный потенциал водорода в плане потепления, который до сих пор не учитывается.
Копаясь в науке о водороде
В своей работе, находящейся в настоящее время на рецензировании, мы попытались оценить современные научные данные и пришли к выводу, что при благоприятных обстоятельствах водород действительно может стать частью перехода к чистой энергетике. Но при неправильном подходе он может оказаться хуже для климата в ближайшем будущем, чем ископаемое топливо, которое он заменит.
Хотя углекислый газ может быть побочным продуктом при производстве водорода, сам водород при сжигании или использовании в топливных элементах не выделяет углекислого газа. Однако, выбрасываясь в атмосферу, водород способствует изменению климата, увеличивая количество других парниковых газов, таких как метан, озон и водяной пар, что приводит к косвенному потеплению.
Это проблема, поскольку небольшую молекулу водорода трудно удержать. Известно, что он легко утекает в атмосферу на всех этапах производственно-сбытовой цепочки. Чем дальше он находится от места производства до конечного использования, тем выше вероятность утечки.
Это хорошо известно. Но, как оказалось, мы очень мало знаем о том, сколько водорода на самом деле уходит из реальных систем. Это было неясно, потому что не было причин заглядывать дальше базовых порогов безопасности - до сих пор.
Это связано с тем, что традиционные метрики систематически игнорируют краткосрочное воздействие водорода и других короткоживущих климатообразующих агентов, выражая эффект потепления от единовременного импульса выбросов в 100-летнем временном интервале (GWP-100), что скрывает гораздо более значительное и непосредственное влияние.
Существует еще одна причина недооценки потепления, вызванного водородом. До недавнего времени все оценки климатообразующей способности водорода учитывали только тропосферу и не учитывали эффекты в стратосфере. Учет обоих факторов показывает, что водород обладает большим потенциалом потепления, чем это обычно признается.
Применяя комбинированные атмосферные эффекты в более коротком и актуальном временном интервале, мы оцениваем мощность пятилетнего потепления от импульса водорода по сравнению с CO2 в 20 раз больше, чем показывают современные расчеты при использовании стандартного 100-летнего подхода.
А если рассматривать относительное воздействие на потепление не импульсных, а непрерывных выбросов, которые более репрезентативны для реального мира, то водород в 100 раз мощнее выбросов CO2 за 10-летний период.
Важность оценки уровня утечек
Чтобы понять, что это может означать, мы рассмотрели возможные значения утечек, предложенные в литературе.
В условиях высокой утечки водородные выбросы могут привести к почти двукратному увеличению потепления в первые пять лет после замены ископаемого топлива. Если же утечки минимальны, то за тот же период времени водород может дать снижение потепления на 80%.
Выбросы CO2, которых удается избежать в течение десятилетий при замене водорода, означают, что климатические преимущества будут получены независимо от уровня утечки. Даже при высокой утечке эффект потепления через 100 лет после перехода на водород будет на 80% меньше по сравнению с ископаемым топливом (хотя если исходить из импульсных, а не постоянных выбросов, то это преимущество значительно завышается).
Эти выводы справедливы и для водорода, произведенного с использованием возобновляемых источников энергии: Даже при умеренной утечке этот "зеленый" водород может усилить потепление в ближайшей перспективе. Для "голубого" водорода, произведенного из природного газа, воздействие еще более значительное, поскольку в цепочке поставок природного газа происходит дополнительное потепление из-за выбросов метана.
Это означает, что в сценариях с интенсивным использованием водорода (50% или более конечного спроса на энергию, обеспечиваемого водородом) и высоким уровнем утечек даже "зеленый" водород может способствовать потеплению на одну десятую градуса Цельсия в 2050 году.
Поскольку воздействие водорода на потепление в ближайшей и среднесрочной перспективе гораздо выше, чем обычно признается, то для достижения максимального климатического эффекта от замены ископаемого топлива водородом имеет смысл четко отразить это воздействие и активно минимизировать его. В конце концов, гораздо проще минимизировать утечку водорода при проектировании системы, чем при ее модернизации.
Правильное использование водорода с самого начала
Вот пять вещей, которые помогут обеспечить положительный климатический результат:
Провести дополнительные исследования в отношении влияния водорода на потепление по сравнению с другими парниковыми газами и разработать модели, позволяющие повысить уверенность в том, что внедрение водорода окажет влияние на глобальную температуру при различной степени утечки.
Точное измерение утечкиДля этого потребуется оборудование, способное измерять концентрацию водорода на уровне частей на миллиард, что позволит систематически оценивать уровень утечек.
Использовать климатические метрики которые отражают роль, которую утечка водорода может сыграть в ближайшей перспективе, имеющей важное политическое значение, вместо того чтобы полагаться исключительно на 100-летний учет.
Включить вероятность утечки водорода и ее последствия при принятии решений о том, где и как использовать водород. Использование водорода должно быть сосредоточено там, где он производится и используется в непосредственной близости, с ограниченной необходимостью его транспортировки.
Определение мер по снижению утечек и лучших практик. Несмотря на различия в свойствах этих двух газов, извлеченные за последнее десятилетие уроки по минимизации утечек природного газа могут помочь в этом.
Также вызывает озабоченность перераспределение электроэнергии, получаемой из возобновляемых источников, на производство "зеленого" водорода. Поскольку водород не образуется сам по себе, для его извлечения из воды или других молекул требуется огромная энергия. Это означает, что для использования водорода требуется больше энергии, чем в случае прямой электрификации.
Мы также должны лучше понять дополнительные климатические и экологические вопросы, включая влияние выбросов NOx при сжигании водорода на здоровье местного населения и воздействие на водные ресурсы.
Нельзя забывать и об эффективности и долговечности технологии улавливания углерода, необходимой для производства водорода из природного газа, а также о минимизации утечек метана. Предотвращение этих выбросов необходимо для того, чтобы "голубой водород" приносил значительные чистые климатические выгоды.
Отрасль все еще находится в стадии становления. У нас есть возможность обеспечить, чтобы огромные инвестиции в водородные проекты по всему миру принесли те выгоды, которые обещают их сторонники, но только в том случае, если мы будем придерживаться активного и научного подхода к тому, как, когда и где мы будем их внедрять.
Сноска команды Triton Hydrogen: Tritonex представляет собой научно обоснованное решение 100% для предотвращения утечки водорода.