För att vätgas ska vara en klimatlösning måste läckor åtgärdas.
Den här artikeln publicerades av Environmental Defense Fund och är skriven av Steven Hamburg och Ilissa Ockoit. Den sammanfattar utmaningen med lagring och transport av vätgas på ett mycket bra sätt och är ett erkännande till författarna som förklarar en komplex fråga på ett mycket enkelt sätt.
De viktigaste poängerna för oss är:
Olje- och gasbolag och regeringar världen över ser i allt högre grad vätgas som en väg till minskade koldioxidutsläpp. Över 350 nya projekt till ett värde av $500 miljarder har nyligen tillkännagivits, enligt Hydrogen Council. Enligt International Energy Agency kan efterfrågan komma att sexfaldigas fram till 2050.
Innan man ger sig in i denna omfattande utbyggnad är det viktigt att förstå hur vätgas kan bidra till klimatförändringarna - inklusive vätgasens egen betydande uppvärmningspotential, som fortfarande förbises i stor utsträckning.
Gräva djupare i vätgasens vetenskap
I en artikel som nu är föremål för peer review har vi försökt bedöma det aktuella vetenskapliga läget och kommit fram till att under rätt omständigheter kan vätgas verkligen vara en del av övergången till ren energi. Men om det görs på fel sätt kan det vara värre för klimatet på kort sikt än de fossila bränslen som det skulle ersätta.
Koldioxid kan vara en biprodukt vid vätgasproduktion, men vätgas i sig avger ingen koldioxid när den förbränns eller används i en bränslecell. Men när vätgas släpps ut i atmosfären bidrar den till klimatförändringarna genom att öka mängden andra växthusgaser som metan, ozon och vattenånga, vilket leder till indirekt uppvärmning.
Det är ett problem eftersom vätgas är en liten molekyl som är svår att begränsa. Det är känt att den lätt läcker ut i atmosfären genom hela värdekedjan. Ju längre den färdas mellan produktion och slutanvändning, desto större är potentialen för läckage.
Så mycket är väl känt. Men det visar sig att vi vet väldigt lite om hur mycket väte som faktiskt läcker ut från verkliga system. Det har inte varit tydligt eftersom det inte har funnits någon anledning att se bortom grundläggande säkerhetströsklar - förrän nu.
Detta beror på att traditionella mätmetoder systematiskt ignorerar den kortsiktiga effekten av väte och andra kortlivade klimatpåverkande ämnen genom att uttrycka uppvärmningseffekterna från en engångspuls av utsläpp över en tidsram på 100 år (GWP-100), vilket maskerar en mycket större, mer omedelbar påverkan.
Det finns en annan anledning till att vätgasens uppvärmningseffekter har underskattats. Fram till nyligen har varje uppskattning av vätgasens klimatdrivande kraft endast beaktat troposfären och inte effekterna i stratosfären. Om man tar hänsyn till båda visar det sig att vätgas har en större uppvärmningspotential än vad som vanligtvis erkänns.
Genom att tillämpa de kombinerade atmosfäriska effekterna över en kortare och mer relevant tidsram uppskattar vi att den femåriga uppvärmningseffekten från en vätgaspuls i förhållande till CO2 är 20 gånger större än vad nuvarande beräkningar visar med hjälp av den vanliga 100-årsmetoden.
Och när vi tittar på den relativa uppvärmningspåverkan från kontinuerliga utsläpp istället för pulsutsläpp - som är mer representativa för den verkliga världen - är vätgas 100 gånger mer potent än CO2-utsläpp under en 10-årsperiod.
Vikten av att bedöma läckagefrekvensen
För att förstå vad detta kan betyda har vi tittat på möjliga läckagehastigheter som föreslås i litteraturen.
I situationer med stort läckage kan vätgasutsläpp leda till nästan dubbelt så stor uppvärmning under de första fem åren efter att de ersatt sina motsvarigheter i fossila bränslen. Men om läckaget är minimalt kan vätgasen ge en 80% minskning av uppvärmningen under samma tidsperiod.
CO2-utsläpp som undviks under årtionden genom att ersätta vätgas innebär att klimatfördelarna uppstår oberoende av läckagehastigheter. Även med högt läckage skulle uppvärmningseffekten 100 år efter en vätgasväxling vara 80% lägre jämfört med fossila bränslen (även om den fördelen är betydligt större om man förlitar sig på pulsutsläpp snarare än kontinuerliga utsläpp).
Dessa resultat gäller även för vätgas som produceras med förnybar energi: Även med måttligt läckage kan denna "gröna" vätgas öka uppvärmningen på kort sikt. Effekterna är ännu större för "blå" vätgas som produceras från naturgas, på grund av den ökade uppvärmningen från metanutsläppen längs naturgasens leveranskedja.
Detta innebär att i vätgasintensiva scenarier (50% eller mer av det slutliga energibehovet täcks av vätgas) med höga läckagetal kan även grön vätgas bidra med en tiondels grad Celsius uppvärmning 2050.
Eftersom vätgasens uppvärmningseffekter på kort och medellång sikt är så mycket högre än vad som vanligtvis erkänns, är det rimligt att effekterna uttryckligen återspeglas och aktivt minimeras för att uppnå maximala klimatfördelar genom att ersätta fossila bränslen med vätgas. Det är trots allt mycket enklare att minimera vätgasläckage när man utformar ett system än när man eftermonterar ett.
Rätt vätgas från början
Här är fem saker som hjälper till att säkerställa ett positivt klimatresultat:
Genomföra mer forskning om vätgasens uppvärmningseffekter i förhållande till andra växthusgaser och utveckla modeller som kan öka förtroendet för de effekter som vätgasdistributionen skulle ha på globala temperaturer vid olika läckagehastigheter.
Noggrann mätning av läckagevilket kommer att kräva utrustning som kan mäta vätgaskoncentrationer på miljarddelsnivå, så att vi systematiskt kan kvantifiera läckaget.
Använda klimatmätningar som återspeglar den roll som vätgasläckage kan spela under den policyrelevanta kortsiktiga perioden, i stället för att enbart förlita sig på 100-årsberäkningar.
Inkludera sannolikheten för vätgasläckage och dess konsekvenser i beslut om var och hur vätgas ska användas. Användningen bör koncentreras till platser där den produceras och används i närheten, med begränsat behov av att transportera den.
Identifiera åtgärder för att minska läckage och bästa praxis. De lärdomar som dragits under det senaste decenniet om att minimera läckage av naturgas kan vara till hjälp, trots skillnaderna i egenskaperna hos dessa två gaser.
Omdirigering av förnybart genererad el för att producera grön vätgas är också ett problem. Eftersom väte inte uppstår av sig självt krävs det enorm energi för att utvinna det från vatten eller andra molekyler. Detta innebär att det krävs mer energi för att använda vätgas än i de fall där direkt elektrifiering är möjlig.
Vi måste också bättre förstå ytterligare klimat- och miljöfrågor, inklusive hälsoeffekterna på lokala samhällen av NOx-utsläpp från förbränning av vätgas och påverkan på vattenresurser.
Vi får inte heller glömma att ta hänsyn till effektiviteten och varaktigheten hos den teknik för koldioxidavskiljning som krävs för att producera vätgas från naturgas och minimera metanläckage. Att förhindra dessa utsläpp är avgörande för att blå vätgas ska ge stora nettoklimatfördelar.
Branschen befinner sig fortfarande i sin linda. Vi har möjlighet att se till att de enorma investeringarna i vätgasprojekt världen över ger de fördelar som finansiärerna utlovar - men bara om vi intar en proaktiv och vetenskaplig hållning till hur, när och var vi använder dem.
Fotnot av Triton Hydrogen-teamet: Tritonex tillhandahåller en 100% vetenskapligt beprövad lösning för att förhindra vätgasläckage.