氢气也是温室气体,因此必须尽量减少泄漏。
一份最新的报告表明,在减少全球变暖的努力中,大规模生产氢气可能弊大于利。
现实
清洁氢经济对气候的好处超过了氢能源系统中的任何排放带来的影响。
实现氢气的潜力
氢是一种强大的工具,与化石替代品相比,它有可能将每千克使用的二氧化碳当量(CO2e)减少11-13千克。在炼钢等工艺中,它可以实现更大的减排(每使用1千克氢气可减少25-30千克二氧化碳当量)。通过大规模部署氢气,美国可以减少大约15%的年二氧化碳排放量。
这种潜力的实现取决于在生产、储存、运输和消耗氢气的环节中,最大限度地减少每个步骤的排放。氢供应链中的每一个选择对于确定最终实现的排放效益都至关重要。
尽量减少氢气排放
在清洁氢气生产中,对于上游甲烷泄漏和碳捕获率问题。理论上,“蓝色”和“绿色”氢气——最常被考虑的生产途径——都可以实现接近零排放。
对于绿色氢(通过分解水分子产生),它需要使用可再生电力为电解槽供电。对于蓝氢(由天然气生产),接近零的生产途径需要能够实现前所未有的高性能碳捕获技术,以及消除天然气供应中上游甲烷泄漏的情况。
氢气泄漏
今天通常不会在排放核算中对氢泄露进行跟踪。适当的监管至关重要,但供应链泄漏构成的风险最小。
为什么泄漏的氢气是一个问题?
一些新兴研究提出了氢气泄漏对气候变暖的重要影响。在供应链中的任何一点泄漏到大气中的氢气都可作为间接的温室气体,与甲烷等污染物发生反应以延长其在大气中的寿命。泄漏的氢气还会影响臭氧浓度,可能会损害空气质量和臭氧层的恢复,并且会在大气中产生水蒸气,从而增强温室效应。
最近的研究表明,泄漏的氢气对全球变暖的影响可能比以前估计的要大。然而,即使在高泄漏率的情况下,绿色氢无论在短期和长期,都具有无可否认的、积极的气候效益。
以气体为基准
氢并不是唯一存在泄漏问题的能源供应链。事实上,氢气部署的最终目标是置换天然气,这使其成为决定氢气价值的相关基准。
天然气供应链的四个主要部分可能发生泄漏:上游生产,下游传输、储存和分配。按公斤计算,天然气的主要成分甲烷在100年的时间范围内对变暖的贡献是氢气的三倍。在20年的时间框架内,甲烷的变暖效应是氢气的两倍。
但氢气比天然气的能量密度更高,因此提供相同能量时所需的燃料要少得多。氢气提供的能量是每公斤甲烷的2.5倍(分别为120MJ/kg和50MJ/kg),因此考虑到温室气体中所含能量的潜在影响,甲烷的变暖影响比氢气高7倍。。
将最低限度管制的氢气系统的供应链泄漏与普通天然气系统的供应链泄漏进行比较表明,氢气仍将导致较低的排放(图表2)。如果我们考虑在实时测量中观察到的甲烷泄漏率(而不是在标准化排放因子中假设),则差异会加剧。领先的绿色氢气生产商已经证明,利用当今的技术和运营,可以轻松地大规模减少生产过程中的泄漏。
此外,鉴于氢气的价值相对较高、更新的基础设施以及在检测和监测技术方面吸取的经验教训,氢气的严重泄漏可能性低于天然气,所有这些都将减少氢气供应链的泄漏。
即使在泄漏率高且不受监管的替代现实中,氢在我们的脱碳竞赛中仍然是有益的。蓝色氢将提供优于化石燃料替代品,但鉴于甲烷泄漏和低捕获率带来的重大排放风险,其气候一致性仍比绿色氢更具不确定性。
通过改进的连接器、压缩机和对储存容器开发的强大防漏技术,将使新系统几乎完全没有泄露。可靠且具有成本效益的检漏仪对于大规模部署非常重要。从安全角度来看,生产商已经积极主动地尽量减少和检测泄漏,但这些测量技术更加初级,旨在限制着火风险。但是,可以使用更灵敏的检测器来监测小泄漏量。随着全球氢竞赛的加剧,支持大规模监测和减少泄漏的激励措施将促进对此类技术的投资。
氢气枢纽将进一步减少泄漏
将氢气开发重点放在工业和交通枢纽上,将最大限度地减少整个供应链的泄漏机会。氢气在集中式工业用途和海运燃料方面具有最大的减排效益和成本竞争力。在专注于这些最终用途的枢纽中部署氢气将限制对输配电系统的需求以及此类系统泄漏的可能性。鉴于需要更大的配电网络,分散的用途,例如建筑物供暖和为客运提供燃料,将带来更大的泄漏风险。这些行业可能更适合电气化,因此不应优先考虑使用氢。
凭借供应链的透明度和适当的监管和规划,氢气将成为减少碳排放极其强大的工具。
(原文来自:燃料电池工程 全球氢能网、新能源网综合) |