В научном журнале Nature опубликована статья «Глобальный водородный бюджет» о влиянии выбросов водорода на глобальное потепление.
Сам водород не является парниковым газом, однако он «косвенно» может нагревать атмосферу за счет взаимодействия с другими газами. Это вызывает опасения по поводу климатических последствий увеличения использования H2 в условиях будущей водородной экономики.
Этот эффект потепления в основном реализуется из-за взаимодействия водорода и метана — мощного парникового газа, который является вторым по величине фактором глобального потепления, вызванного деятельностью человека, после CO2.
Это взаимодействие реализуется через молекулы, называемые гидроксильными радикалами. Эти радикалы ещё называют «моющими средствами» атмосферы, поскольку они реагируют с некоторыми парниковыми газами, такими как метан, превращая их в другие соединения, которые не вызывают глобального потепления.
Водород также реагирует с гидроксильными радикалами, эффективно «используя» эти моющие средства и оставляя их меньше для реакции с метаном, что фактически продлевает время нахождения метана в атмосфере.
В то же время увеличение метана в атмосфере приводит к увеличению водорода. Это происходит потому, что метан реагирует с кислородом в атмосфере в процессе, называемом «окислением», в результате которого образуется водород.
Авторы обнаружили, что уровень водорода в атмосфере увеличился с 523 частей на миллиард (ppb) в 1992 году до 543 ppb в 2020 году.
Согласно исследованию, 56% атмосферного водорода за период 2010-2020 годов было вызвано окислением метана и неметановых летучих органических соединений (НМЛОС), реагирующих с кислородом с образованием водорода.
Исследование также указывает на утечки при промышленном производстве водорода как на один из факторов повышения уровня водорода в атмосфере.
В то же время, по словам авторов, природные источники выбросов водорода не демонстрируют какой-либо тенденции к увеличению или уменьшению с течением времени.
Согласно исследованию, крупнейшие «горячие точки» выбросов водорода находятся в Юго-Восточной и Восточной Азии. В целом на «тропические регионы» приходится около 60% от общего объема выбросов водорода. Это объясняется тем, что окисление метана и НМЛОС происходит быстрее при более высоких температурах.
Что касается выбросов, связанных с деятельностью человека, то Восточная Азия и Северная Америка «внесли наибольший вклад в выбросы водорода от сжигания ископаемого топлива», говорится в исследовании.
В целом, согласно работе, повышение уровня водорода в атмосфере привело к глобальному потеплению на 0,02°C в период 2010-2020 годов. Хотя этот вклад в глобальное потепление «выглядит довольно незначительным», он все же «сопоставим» с потеплением, вызванным выбросами отдельных стран, таких как Франция.
Авторы моделируют выбросы водорода в рамках ряда сценариев будущего потепления в течение следующего столетия.
Они обнаружили, что в «сценариях с низким уровнем потепления и высоким потреблением водорода» выбросы метана низки, что ограничивает образование водорода путем окисления метана. В этом случае изменения уровня водорода в атмосфере сильно зависят от утечек.
В сценариях с более высоким уровнем потепления потребление водорода «относительно низкое», но выбросы метана остаются «в значительной степени неконтролируемыми». В этом случае дополнительный водород, образующийся в результате окисления метана, может перевешивать водород, выделяемый через утечки.
При этом в работе подчеркиваются сохраняющиеся неопределенности в источниках и поглотителях и отмечается, что необходимы дальнейшие исследования для уточнения глобального баланса H2. Наибольшая неопределенность возникает в отношении поглощения почвой, которое чувствительно как к параметризации модели (особенно к значению максимальной скорости биологического поглощения), так и к межмодельным различиям в характеристиках почвы.
Сохраняется существенный недостаток эмпирических данных о коэффициентах выбросов H2 для различных секторов, включая второстепенные источники, и необходимы дополнительные измерения для улучшения оценки и более точного определения глобального баланса.
Этот недостаток эмпирических данных о выбросах в значительной степени обусловлен отсутствием мобильных или портативных приборов, способных количественно определять концентрацию H2 в воздухе. Например, для метана доступны лазерные приборы, измеряющие CH4 при низких концентрациях с относительно высокой точностью и быстрым откликом. В то же время единственный коммерчески доступный прибор для измерения H2 с сопоставимыми характеристиками, о котором известно авторам, — это монитор H2 TILDAS, выпускаемый компанией Aerodyne с 2024 года. Однако пока нет мониторов H2 для воздушного, спутникового и долгосрочного башенного мониторинга.
Рассматриваемая статья – не первое исследование влияния выбросов водорода на климат.
Ранее по это теме были опубликованы работы показавшие, что попадание больших объёмов водорода в атмосферу может в некоторой степени (косвенно) способствовать глобальному потеплению. «Любая утечка водорода повлияет на состав атмосферы (с последствиями для качества воздуха) и окажет косвенное нагревательное воздействие на климат».
В другой статье было показано, что утечки можно свести к минимуму, и «выгода для климата от хорошо регулируемой чистой водородной экономики перевешивает воздействие любых выбросов, которые водород может добавить в энергетическую систему».
В научном исследовании 2022 года отмечается, что сведение к минимуму утечек будет иметь важное значение для эффективности использования водорода в качестве стратегии смягчения последствий изменения климата, а значительные утечки (на уровне ~10% от объемов потребления) нивелируют преимущества использования низкоуглеродного водорода по сравнению с ископаемым топливом.
Читайте нас в Telegram!