Princeton Üniversitesi ve Ulusal Okyanus ve Atmosfer Derneği tarafından yürütülen araştırma, alt atmosferdeki bir kimyasal reaksiyonun hidrojenin temiz bir yakıt olma potansiyelini kısıtlayabileceğini öne sürüyor.
{6 }Bunun nedeni, hidrojen gazının, güçlü bir sera gazı olan metanı parçalamaktan sorumlu aynı molekülle atmosferde kolayca reaksiyona girmesidir. Hidrojen emisyonlarının seviyesi belirli bir eşiği aşarsa, bu ortak tepkime muhtemelen atmosferde metan birikmesiyle sonuçlanarak uzun vadeli iklim sonuçlarına yol açar.
“Hidrojen teorik olarak geleceğin yakıtıdır. High Meadows Çevre Enstitüsü’nde Karbon Azaltma Girişimi üzerinde çalışan doktora sonrası araştırmacı Matteo Bertagni, dedi. “Pratikte ise, yine de ele alınması gereken birçok çevresel ve teknolojik kaygıyı beraberinde getiriyor.”
Bertagni, Nature Communications’da yayınlanan ve araştırmacıların hidrojen emisyonlarının etkisini modellediği bir araştırma makalesinin ilk yazarıdır. atmosferik metan üzerinde. Belirli bir eşiğin üzerinde, fosil yakıt kullanımının yerini alırken bile, sızdıran bir hidrojen ekonomisinin atmosferdeki metan miktarını artırarak yakın vadede çevresel zarara neden olabileceğini buldular. Girdi olarak metanı kullanan hidrojen üretim yöntemlerinin zarar verme riski daha da artıyor ve bu da hidrojen üretiminden kaynaklanan emisyonları yönetmeye ve en aza indirmeye yönelik kritik ihtiyacı vurguluyor.
“Hidrojenin kullanılmasının sonuçları hakkında öğrenecek çok şeyimiz var. Görünüşte temiz bir yakıt olan hidrojene geçiş, yeni çevresel zorluklar yaratmıyor,” dedi Thomas J. Wu ’94 İnşaat ve Çevre Mühendisliği Profesörü ve High Meadows Çevre Enstitüsü. Porporato, Carbon Mitigation Initiative’in baş araştırmacısı ve Liderlik Ekibinin bir üyesidir ve aynı zamanda Andlinger Enerji ve Çevre Merkezi’nde ilgili öğretim üyesidir.
Sorun, ölçülmesi zor küçük bir soruna indirgenmiştir. hidroksil radikali (OH) olarak bilinen molekül. Genellikle “troposferin deterjanı” olarak adlandırılan OH, atmosferdeki metan ve ozon gibi sera gazlarının ortadan kaldırılmasında kritik bir rol oynar.
Hidroksil radikali, atmosferdeki hidrojen gazıyla da reaksiyona girer. Ve her gün sınırlı miktarda OH üretildiğinden, hidrojen emisyonlarındaki herhangi bir artış, hidrojeni parçalamak için daha fazla OH kullanılacağı ve metanı parçalamak için daha az OH bırakılacağı anlamına gelir. Sonuç olarak, metan atmosferde daha uzun süre kalarak ısınma etkilerini artıracaktır.
Bertagni’ye göre, hidrojen üretimine yönelik hükümet teşvikleri genişledikçe meydana gelebilecek bir hidrojen artışının etkileri onlarca yıllık iklim sonuçları doğurabilir. gezegen için.
“Eğer şimdi atmosfere biraz hidrojen yayarsanız, bu, sonraki yıllarda giderek artan bir metan oluşumuna yol açacaktır,” dedi Bertagni. “Hidrojenin atmosferde yalnızca yaklaşık iki yıllık bir ömrü olsa da, bundan 30 yıl sonra da bu hidrojenden gelen metan geri bildirimine sahip olacaksınız.”
Araştırmada, araştırmacılar devrilme noktasını belirlediler hidrojen emisyonlarının atmosferik metanda artışa yol açacağı ve böylece temiz bir yakıt olarak hidrojenin yakın vadeli faydalarından bazılarını baltalayacağı. Araştırmacılar, bu eşiği belirleyerek hidrojen emisyonlarını yönetmeye yönelik hedefler belirlediler.
“Hidrojen emisyonları için eşik değerler belirleme konusunda proaktif olmamız zorunludur; ” dedi Porporato.
Yenilenebilir kaynaklardan elektrik kullanılarak suyun hidrojen ve oksijene bölünmesiyle üretilen ve yeşil hidrojen olarak adlandırılan hidrojen için Bertagni, hidrojen emisyonları için kritik eşiğin yaklaşık %9 olduğunu söyledi. Bunun anlamı, üretilen yeşil hidrojenin %9’undan fazlası atmosfere sızarsa – ister üretim noktasında, ister nakliye sırasında veya değer zinciri boyunca herhangi bir yerde olsun – atmosferik metan önümüzdeki birkaç on yıl içinde artacaktır. fosil yakıtlardan uzaklaşmanın iklim faydalarından bazılarını ortadan kaldırın.
Mavi hidrojen için, yani metan reformasyonu yoluyla üretilen hidrojen ve ardından karbon yakalama ve depolama, emisyon eşiği daha da düşüktür. Metanın kendisi, metan dönüştürme işlemi için birincil girdi olduğundan, mavi hidrojen üreticileri, hidrojen sızıntısına ek olarak doğrudan metan sızıntısını da dikkate almak zorundadır. Örneğin, araştırmacılar, %0,5 gibi düşük bir metan sızıntı oranıyla bile, atmosferik metan konsantrasyonlarının artmasını önlemek için hidrojen sızıntılarının yaklaşık %4,5’in altında tutulması gerektiğini buldular.
“Hidrojen ve gaz kaçak oranlarını yönetme metan kritik olacak,” dedi Bertagni. “Sadece az miktarda metan sızıntısı ve biraz da hidrojen sızıntınız varsa, o zaman ürettiğiniz mavi hidrojen, en azından önümüzdeki 20 ila 30 yıl boyunca fosil yakıtları kullanmaktan çok daha iyi olmayabilir.”
Araştırmacılar, hidrojenin atmosferik metan üzerindeki etkisinin dikkate alındığı zaman ölçeğinin önemini vurguladılar. Bertagni, uzun vadede (örneğin bir asır boyunca), hidrojen ekonomisine geçişin, metan ve hidrojen sızıntısı seviyeleri neredeyse sıfıra yakın sorunlara yol açacak kadar yüksek olsa bile, muhtemelen iklime net faydalar sağlayacağını söyledi. vadeli ısınma Sonunda, atmosferik gaz konsantrasyonlarının yeni bir dengeye ulaşacağını ve hidrojen ekonomisine geçişin iklim faydalarını göstereceğini söyledi. Ancak bu gerçekleşmeden önce, hidrojen emisyonlarının potansiyel yakın vadeli sonuçları onarılamaz çevresel ve sosyoekonomik hasara yol açabilir.
Böylece, kurumlar yüzyıl ortası iklim hedeflerine ulaşmayı umuyorsa, Bertagni hidrojen ve metan sızıntısının Hidrojen altyapısı gelişmeye başladığında atmosfer kontrol altında tutulmalıdır. Ve hidrojen, kontrol edilmesi ve ölçülmesi zor olan küçük bir molekül olduğu için, emisyon yönetiminin araştırmacıların değer zinciri boyunca hidrojen kayıplarını izlemek için daha iyi yöntemler geliştirmesini gerektireceğini açıkladı.
“Eğer şirketler ve hükümetler Bir kaynak olarak hidrojeni geliştirmek için para yatırma konusunda ciddiyseler, bunu doğru ve verimli bir şekilde yaptıklarından emin olmaları gerekiyor” dedi. “Sonuçta, hidrojen ekonomisinin, diğer sektörlerde karbon emisyonlarını azaltmaya yönelik çabaları etkisiz hale getirmeyecek şekilde inşa edilmesi gerekiyor.”
Referans: “Atmosferik metan için hidrojen ekonomisinin riski”, Matteo B . Bertagni, Stephen W. Pacala, Fabien Paulot ve Amilcare Porporato, 13 Aralık 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-35419-7
Çalışma Ulusal Bilim Vakfı ve Gordon ve Betty Moore Vakfı tarafından finanse edilmiştir