新研究报告揭示氢气对气候的影响比二氧化碳糟糕11倍

2022年04月11日 18:05 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

氢气被看成是人类对抗二氧化碳排放的关键武器之一,但必须谨慎对待。新的报告显示,逃逸的氢气排放如何间接地产生比二氧化碳更糟糕的11倍的大气变暖效果。氢气可以作为一种清洁的能源载体,通过燃料电池运行来发电,除了产生水之外,没有任何副产品。

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在一定的重量下,它所携带的能量远远超过锂电池,而且补充氢气比给电池充电更快,因此,在一些难以实现碳化的应用中,氢气被视为一个非常有前途的绿色选择,在这些应用中,电池无法发挥作用,例如,航空、航运和长途卡车运输。

但是,当它被直接释放到大气中时,氢气本身可以与空气中的其他气体和蒸汽相互作用,产生强大的变暖效应。事实上,英国政府的一项新研究将这些相互作用置于显微镜下,并确定氢气的全球变暖潜能值(GWP)大约是以前所了解的两倍;在100年的时间内,大气中的一吨氢气将比一吨二氧化碳的温度高约11倍,不确定度为±5。

氢气如何像温室气体一样发挥作用?

一种方式是通过延长大气中甲烷的寿命。氢气与"净化"甲烷排放的对流层氧化剂发生反应。甲烷是一种非常有力的温室气体,在最初的20年里,它造成的变暖是同等重量二氧化碳的80倍左右。但是,大气中的羟基自由基会相对迅速地将其清理掉,而二氧化碳则会在空气中停留数千年,所以从长远来看,二氧化碳更糟糕。

然而,当氢气存在时,这些羟基自由基反而与氢气发生反应。清理过程更加罕见,所以甲烷浓度会直接上升,致使甲烷在大气中停留的时间更长。更重要的是,氢气的存在增加了对流层臭氧和平流层水蒸气的浓度,提高了"辐射强迫"效应,也推高了温度。

氢气是如何逃入大气层的?

根据FRAZER-Nash咨询公司的第二份报告描述,很多情况下都是泄漏。将氢气储存在压缩气瓶中,大概每天会损失0.12%到0.24%的氢气。如果以这种方式分配它,它将从管道和阀门中漏出,在氢气作为低温液体运输的地方,沸腾也是不可避免的,最差情况下每天平均损失大约1%的氢气,这些也会被排放到大气中。

事实上,排放和净化操作目前在整个氢气生命周期中很常见。它们发生在电解过程中,压缩过程中,加氢过程中,以及通过燃料电池转换为电力的过程中。此外,目前使用通风和吹扫的电解程序被认为会损失所有生产的氢气的3.3-9.2%,这主要取决于该过程启动和关闭的频率--在氢气生产被视为储存没有被即时需求抢购的多余可再生能源的情况下,这有点令人担忧。不过,通过添加额外的处理系统,将排放或净化的氢气重新组合成水,并将其送回工艺中,可以大大净化净化和排放,但这些操作在经济上可行还需要一段时间。

总的来说,Frazer-Nash报告预计,在其中心建模方案中,1-1.5%的氢气将被排放到大气中,其中运输排放约占一半,而生产和消费环节的排放约各占四分之一。同时,在不同的假设下,第一份报告预计在其全球方案中,1%至10%的氢气会被排放到大气中。

在有通风或吹扫的地方,百分比往往使简单的泄漏损失相形见绌--例如,目前使用通风和吹扫的电解程序被认为会损失所有氢气的3.3-9.2%,这主要取决于过程启动和关闭的频率--这在氢气生产被视为储存没有被即时需求抢购的多余可再生能源的情况下是有点令人担忧。

通过添加处理系统,将排放或净化的氢气重新组合成水,并将其送回工艺中,可以大大净化净化和排放,但这些操作在经济上可行还需要一段时间。

这是否意味着在实现零排放的竞赛中应避免使用"绿色氢气"?

英国政府报告解释说,"基于1%和10%的氢气泄漏率所增加的等效二氧化碳排放量分别抵消了约0.4%和4%的总等效二氧化碳减排量,"因此,即使假设是最坏的泄漏情况,它仍然是非常值得的,虽然二氧化碳等效减排的好处大大超过了氢气泄漏带来的坏处,"但它们清楚地表明了在氢气经济中控制氢气泄漏的重要性。"

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