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对许多人来说,氢是未来的绿色燃料,然而最新研究却提出了质疑

Hiroko Tabuchi在纽约时报发表文章,工业界一直在推广氢作为一种可靠的新一代燃料,它能够为汽车提供动力,为家庭供暖和发电,然而,它对气候的负面影响可能比我们之前认为的要大得多。

Photo by Tommy Krombacher on Unsplash 

氢,被许多人看作是未来的清洁能源,两党基础设施法案的数十亿美元已经准备就绪,为它提供资金。

但是,一项关于氢气(宇宙中最丰富的物质)对气候影响的研究,对氢气在解决温室气体排放方面的作用提出了怀疑(温室气体排放是灾难性全球变暖的主要驱动力)。

主要的障碍是:今天使用的大多数氢气是从天然气(天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料)中提取的,提取的过程非常耗能,且会排放大量的二氧化碳,并且,生产氢气的过程中还会释放甲烷,这是一种特别强大的温室气体。

根据康奈尔大学和斯坦福大学的研究人员周四在《能源科学与工程》杂志上发表的论文,虽然天然气行业已经提议捕获二氧化碳,创造这个行业所宣传的无排放的“蓝色”氢气,但即使是这种燃料,在整个生产过程中的排放量,比单单燃烧天然气的排放量要大得多。

康奈尔大学的生物地球化学家和生态系统科学家、这项研究的主要运作者罗伯特·霍华斯(Robert W. Howarth)说:“把它称为零排放燃料是完全错误的,我们发现,它甚至不能算是一种低排放的燃料。”

为了证实他们的理论,霍华斯博士和斯坦福大学土木与环境工程教授兼大气/能源项目主任马克·雅各布森(Mark Z. Jacobson),研究了蓝氢整个生命周期中温室气体的排放量。他们计算了二氧化碳排放量以及钻探天然气过程中从油井和其他设备泄漏的甲烷。

研究人员假设,从地下钻出的天然气会有3.5%泄漏到大气中,这一假设是借鉴大量研究得出的,这些研究发现,钻探天然气所排放的甲烷远远多于此前已知的水平。

他们还考虑到了为碳捕获技术提供动力所需的天然气。总而言之,他们发现蓝氢的温室气体足迹比燃烧天然气或煤炭取暖要多出20%以上。(如果按照低得多的1.54%泄漏率来进行分析,排放量只是稍微减少了,蓝氢的总体排放量仍然高于单纯燃烧天然气的排放量)。

这些发现可能会改变氢气的排放计算方式。在过去的几年里,天然气行业已经开始大力宣传氢气是一种可靠的下一代燃料,可以为汽车提供动力、为家庭供暖和发电。

在美国、欧洲和其他地方,天然气行业还将氢气作为继续建设管道等天然气基础设施的理由,称输送天然气的管道在未来可以输送更清洁的天然气和氢气混合物。

Photo by Callum Shaw on Unsplash 

虽然许多专家同意,氢气最终可以在能源储存或为某些类型的运输提供动力方面发挥作用,例如飞机或长途卡车,在这些地方改用电池电力可能挑战过大。但专家们正在形成一种共识,即依赖天然气的氢气经济可能对气候造成损害,按照目前的成本计算,它的代价是非常昂贵的。

杜克大学地球科学教授德鲁·辛德尔说,最新的研究进一步增加了证据,辛德尔博士是今年发表的一份联合国报告的主要作者,这份报告发现,削减甲烷(天然气的主要成分)的排放对解决全球变暖问题的重要性远远超过以前的想象。在本周发表的一份新报告中,联合国警告说,自19世纪以来,全球平均气温的上升基本上都是由化石燃料的燃烧驱动的。

他在一封电子邮件中说,氢气研究表明,“继续使用化石燃料并附加一些额外的东西作为潜在的气候解决方案,既没有充分考虑到排放量,也没有对未来成本做出现实的假设”。

由英国石油公司、壳牌公司和其他大型石油和天然气公司于2017年成立的行业组织氢气理事会(Hydrogen Council),没有立即发表评论。这个组织最近与麦肯锡公司共同撰写了一份报告,估计到2030年,氢经济可以产生1400亿美元的年收入,并支持70万个就业机会。这项研究还预测,到2050年,氢气可以满足美国能源总需求的14%。英国石油公司拒绝发表评论。

在华盛顿,最新的两党基础设施方案将80亿美元用于创建区域氢气中心,这一条款最初是作为西弗吉尼亚州民主党参议员乔·曼钦提出的另一项法案的部分内容,西弗吉尼亚州是主要的天然气生产地区。为氢气投资进行游说的公司包括NextEra能源公司,这家公司已提议在佛罗里达州建立一个太阳能氢气试点工厂。

其他一些民主党人,如马里兰州的杰米·拉斯金议员,对这一想法进行了反击,称其为“空头承诺”。环保组织也批评了这项开支。位于华盛顿的非营利组织“食物与水观察”的高级能源政策分析员吉姆·沃尔什说:“这不是一个气候行动,而是一种化石燃料补贴,国会表现得好像他们在气候方面做了什么,实际上在支持着化石燃料行业进入下一页篇章。”

加州大学欧文分校国家燃料和电池研究中心主任杰克·布劳尔说,氢气最终需要利用可再生能源来生产业界所谓的绿色氢气,即利用可再生能源将水分分解成氢气和氧气。他说,这将消除化石燃料的使用和甲烷的泄漏。

他说,由化石燃料制成的氢气仍然可以作为过渡燃料,但最终只是“整个可持续氢气经济的一小部分”。他说:“首先我们使用蓝色,然后我们将其转变成绿色。”

Photo by Callum Shaw on Unsplash 

目前,很少有氢气是绿色的,因为绿色氢气的生产过程(电解水将氢原子与氧气分离)是非常耗能的。

在大多数地方,根本没有足够的可再生能源来生产大量的绿色氢气。尽管如果世界确实开始生产多余的可再生能源,将这些剩余能源转换为氢气将是储存这些能源的一种方式。

在可预见的未来,大多数氢气燃料将非常有可能通过一种蒸汽重整工艺来生产,这种工艺使用蒸汽、高热和压力将甲烷分解为氢气和二氧化碳,这是一种又耗能、污染性又大的办法。

蓝色氢气使用的是相同的工艺,但应用了碳捕获和储存技术,即在二氧化碳释放到大气中之前将其捕获,然后抽到地下,努力将其锁住。但这仍然没有考虑到产生氢气、为蒸汽过程提供动力和运行“捕获二氧化碳”时使用的天然气,康奈尔大学的霍华斯博士说:“这些都很重要。”

辛辛那提大学环境科学副教授、甲烷排放专家艾米·汤森说,更多的科学家开始研究关于氢气的一些行业主张,就像他们仔细研究天然气对气候的影响一样。她说:“我认为这项研究将推动对话的发展。”

生产和使用蓝色氢气的计划正在向前推进。国家电网公司与石溪大学和纽约州一起,正在研究将氢气整合并储存到现有的天然气基础设施中。海湾地区的公用事业公司Entergy计划利用现有的石油工业氢气管道网络来运送氢气,以取代天然气发电。

Entergy公司认为氢气是“创造长期无碳未来的一部分”,是对风能或太阳能等可再生能源的补充,这些可再生能源只能间歇性地发电,Entergy的发言人杰瑞·纳皮说:“氢气是一项重要的技术,它将使电力公司能够采用更高水平的可再生能源。”

国家电网公司提到了它的净零计划,这项计划称氢气将在未来几十年内发挥重要作用,而用可再生能源生产氢气是关键所在。

纽约州能源研究和发展局的发言人凯特·穆勒说,纽约州正在探索用于支持气候目标的“所有技术”,包括氢气生产技术。她表示,研究人员将 “审查和考虑蓝色氢气的方法”。