Водород станет одним из ключевых оружий человечества в войне против выбросов углекислого газа, но обращаться с ним нужно осторожно. Новые отчеты показывают, что летучие выбросы водорода могут косвенно привести к потеплению в 11 раз сильнее, чем выбросы CO2.
Водород можно использовать в качестве чистого энергоносителя, а при его прохождении через топливный элемент для получения электроэнергии в качестве побочного продукта образуется только вода. Он несет гораздо больше энергии при заданном весе, чем литиевые батареи, а заправка баллона происходит быстрее, чем зарядка батареи, поэтому водород рассматривается как очень перспективный «зеленый» вариант в нескольких трудно поддающихся декарбонизации областях применения, где батареи не справляются с задачей — например, в авиации, судоходстве и дальних грузоперевозках.
Но при непосредственном выбросе в атмосферу водород может взаимодействовать с другими газами и парами в воздухе, вызывая мощный эффект потепления. Действительно, новое исследование правительства Великобритании позволило рассмотреть эти взаимодействия под микроскопом и определить, что потенциал глобального потепления (ПГП) водорода примерно в два раза хуже, чем считалось ранее; за 100-летний период времени тонна водорода в атмосфере нагреет Землю примерно в 11 раз больше, чем тонна CO2, с погрешностью ± 5.
Как водород действует как парниковый газ?
Одним из способов является продление срока жизни атмосферного метана. Водород вступает в реакцию с теми же тропосферными окислителями, которые «очищают» выбросы метана. Метан является невероятно мощным парниковым газом, вызывая примерно в 80 раз большее потепление, чем эквивалентный вес CO2 в течение первых 20 лет. Но гидроксильные радикалы в атмосфере очищают его относительно быстро, в то время как CO2 остается в воздухе на тысячи лет, поэтому CO2 хуже в долгосрочной перспективе.
Однако при наличии водорода гидроксильные радикалы реагируют с водородом. Очищающих веществ становится меньше, поэтому происходит прямой рост концентрации метана, и он дольше остается в атмосфере.
Более того, присутствие водорода увеличивает концентрацию тропосферного озона и стратосферного водяного пара, усиливая эффект «радиационного форсинга», который также способствует повышению температуры.
Как водород попадает в атмосферу?
По данным второго отчета компании Frazer-Nash Consultancy, большая часть его попадает в атмосферу в результате утечки. Храните водород в баллоне со сжатым газом, и вы можете предположить, что каждый день вы будете терять от 0,12 до 0,24 процента водорода. Он будет вытекать из труб и клапанов, если вы будете распределять его таким образом, теряя примерно на 20 процентов больший объем, чем газ метан, который сейчас проходит по муниципальным трубопроводам, хотя, поскольку водород намного легче метана, этот больший объем равен всего 15 процентам веса.
При транспортировке водорода в виде криогенной жидкости выкипание неизбежно, и можно ожидать потери в среднем около 1 процента водорода в день. В настоящее время эти потери выбрасываются в атмосферу.
Действительно, операции вентиляции и продувки в настоящее время являются обычным явлением на протяжении всего жизненного цикла водорода. Они происходят при электролизе, при сжатии, при заправке и в процессе обратного преобразования в электричество через топливный элемент.
Там, где есть вентиляция или продувка, процентные доли, как правило, превышают потери от простой утечки — например, при текущих процедурах электролиза с использованием вентиляции и продувки теряется от 3,3 до 9,2 процента всего произведенного водорода, в зависимости от того, как часто процесс запускается и выключается — это вызывает некоторое беспокойство в ситуациях, когда производство водорода рассматривается как способ хранения избыточной возобновляемой энергии, которая не востребована немедленным спросом.
Выбросы при продувке и вентиляции могут быть значительно сокращены путем добавления систем рекомбинации выходящего или продуваемого водорода обратно в воду и подачи ее обратно в процесс — но пройдет некоторое время, прежде чем такие операции станут экономически жизнеспособными.
В целом, в отчете Фрейзера-Нэша ожидается, что от 1 до 1,5 процентов всего водорода в центральном сценарии моделирования будет выбрасываться в атмосферу, причем на транспортные выбросы придется около половины этой суммы, а на выбросы на стадии производства и потребления — примерно по четверти.
Между тем, в первом докладе, основанном на других предположениях, ожидается, что в атмосферу будет выброшено от 1 до 10 процентов всего водорода по глобальному сценарию,
Значит ли это, что «зеленый водород» следует избегать в гонке к нулевым выбросам?
Нет. В отчете правительства Великобритании объясняется, что «увеличение эквивалентных выбросов CO2 на основе 1% и 10% утечки H2 компенсирует примерно 0,4 и 4% общего эквивалентного сокращения выбросов CO2, соответственно», так что даже если предположить наихудший сценарий утечки, это все равно огромное улучшение.
«В то время как выгоды от эквивалентного сокращения выбросов CO2 значительно перевешивают невыгоды, возникающие в результате утечки H2», — говорится далее, — «они ясно демонстрируют важность контроля утечки H2 в водородной экономике».
Оригинал earth-chronicles.ru
