氢气要成为气候解决方案,就必须解决泄漏问题。
这篇文章由环境保护基金发表,作者是 Steven Hamburg 和 Ilissa OckoIt。文章很好地概括了氢气储存和运输所面临的挑战,作者用非常简单的方式解释了一个复杂的问题,值得称赞。
我们的主要收获是
世界各地的石油和天然气公司及政府正越来越多地将氢能作为实现脱碳的途径。据氢能理事会(Hydrogen Council)称,最近已宣布了 350 多个新项目,总价值达 $5000 亿美元。国际能源机构称,到 2050 年,对氢的需求将增加六倍。
在投入大规模建设之前,有必要了解氢气如何导致气候变化--包括氢气本身的巨大变暖潜力,这一点仍被广泛忽视。
探究氢科学
我们在一篇正在接受同行评审的论文中对目前的科学进行了评估,发现在正确的情况下,氢气确实可以成为清洁能源转型的一部分。但如果做错了,氢气对近期气候的影响可能比它将取代的化石燃料还要糟糕。
虽然二氧化碳可能是氢气生产的副产品,但氢气本身在燃烧或在燃料电池中使用时不会排放二氧化碳。但当氢气排放到大气中时,会增加甲烷、臭氧和水蒸气等其他温室气体的含量,导致间接变暖,从而加剧气候变化。
这是一个问题,因为氢的分子很小,很难控制。众所周知,在整个价值链中,氢很容易泄漏到大气中。从生产到最终使用之间的距离越远,泄漏的可能性就越大。
这一点大家都很清楚。但事实证明,我们对实际系统中氢气的实际泄漏量知之甚少。之所以一直不清楚,是因为除了基本的安全阈值之外,我们没有理由再去关注其他方面--直到现在。
这是因为传统的衡量标准系统性地忽略了氢和其他短寿命气候促进剂的近期影响,将一次性排放脉冲的变暖效应表示为 100 年的时间范围(GWP-100),从而掩盖了一个更大、更直接的影响。
氢气的变暖效应被低估还有另一个原因。直到最近,所有对氢气气候作用力的估计都只考虑了对流层,而没有考虑平流层的影响。将两者都考虑在内就会发现,氢气的变暖潜力比人们通常认识到的要大。
在一个更短、更相关的时间框架内应用综合大气效应,我们估计氢脉冲相对于二氧化碳的五年变暖能力比目前使用标准 100 年方法计算的结果高出 20 倍。
而当我们研究更能代表现实世界的连续排放而非脉冲排放对气候变暖的相对影响时,氢气在 10 年内对气候变暖的影响是二氧化碳排放的 100 倍。
评估泄漏率的重要性
为了理解这可能意味着什么,我们考虑了文献中提出的可能泄漏率。
在高泄漏率的情况下,氢气排放在取代化石燃料排放后的头五年内可能产生近两倍的升温。但如果泄漏率极低,在同一时期内,氢气可使气候变暖程度降低 80%。
用氢气代替化石燃料可避免数十年的二氧化碳排放,这意味着无论泄漏率如何,气候效益都会累积。即使泄漏率很高,与化石燃料相比,改用氢气 100 年后的升温效应也要低 80%(尽管依靠脉冲排放而非持续排放会大大增加这一效益)。
这些发现对利用可再生能源生产的氢气也适用:即使有适度泄漏,这种 "绿色 "氢气也会加剧近期气候变暖。用天然气生产的 "蓝色 "氢气受到的影响更大,因为天然气供应链上的甲烷排放会增加气候变暖。
这意味着,在氢密集型(50% 或更多的最终能源需求由氢气提供)和高泄漏率的情况下,即使是绿色氢气也可能在 2050 年导致十分之一摄氏度的升温。
由于氢气对近期和中期气候变暖的影响比通常认识到的要高得多,因此为了实现用氢气替代化石燃料所带来的最大气候效益,明确反映并积极减少这种影响是非常有意义的。毕竟,在设计系统时尽量减少氢气泄漏要比改造系统容易得多。
从一开始就正确使用氢气
以下五点有助于确保积极的气候结果:
开展更多研究 研究氢气相对于其他温室气体的升温效应,并开发模型,提高人们对不同泄漏率下氢气部署对全球气温影响的信心。
精确测量泄漏这将需要能够测量十亿分之一水平氢浓度的设备,以便我们能够系统地量化泄漏率。
使用气候指标 这些数据反映了氢泄漏在与政策相关的近期内可能发挥的作用,而不是完全依赖于 100 年的核算。
包括氢泄漏的可能性及其影响 在决定部署氢气的地点和方式时。氢气的使用应集中在就近生产和使用的地方,运输氢气的需求有限。
确定减少渗漏的措施和最佳做法.尽管天然气和煤气的特性不同,但过去十年间在最大限度减少天然气泄漏方面所吸取的经验教训还是有所帮助的。
将可再生能源发电转用于生产绿色氢气也是一个令人担忧的问题。因为氢气本身并不存在,从水或其他分子中提取氢气需要巨大的能量。这意味着使用氢气比直接电气化需要更多的能源。
我们还必须更好地了解其他气候和环境问题,包括燃烧氢气排放的氮氧化物对当地社区健康的影响以及对水资源的影响。
我们也不能忘记考虑天然气制氢所需的碳捕集技术的效率和持久性,以及最大限度地减少甲烷泄漏。防止这些排放对蓝氢带来巨大的气候净效益至关重要。
氢能产业仍处于起步阶段。我们有机会确保全球范围内对氢能项目的巨大投资能够带来其支持者所承诺的效益,但前提是我们必须在采用氢能的方式、时间和地点上采取积极主动的科学方法。
Triton Hydrogen 团队的脚注: Tritonex 提供经过科学验证的 100% 解决方案来防止氢气泄漏。