最近的报道表明，大规模生产氢的危害比减少全球变暖的努力更大。
但是现实是，气候受益于良好调节的清洁氢经济，超过了氢会增加我们能源系统的任何排放的影响，尤其是如果我们优先考虑由可再生能源供电的电力产生的氢。
意识到氢的潜力
氢是一种强大的工具，用于脱碳，使电气化不可行。它有可能将排放量减少11-13千克二氧化碳等效含量（CO2E）与化石替代品相比。在钢铁制造等过程中，它可以减少更大的排放量（减少25-30千克CO2E每公斤H2）。通过大规模部署氢，美国可能会减少其年度二氧化碳排放量的15％。
这种潜力的实现取决于生产，存储，运输和消耗氢气，以最小化每个步骤的排放。氢供应链中做出的每一个选择对于确定实现最终排放效益至关重要。
在清洁氢的生产中，这意味着确保调节器和生产商积极解决电源的碳强度，上游甲烷泄漏和碳捕获率。从理论上讲，两者都“蓝色”和“绿色”氢- 最常见的生产途径 - 可以达到接近零排放。对于绿色氢（通过分裂水分子产生），它需要使用可再生电力为电解器供电。对于蓝色氢（由天然气生产），接近零的生产途径需要碳捕获技术，这些技术可以实现前所未有的捕获性能，以及从天然气供应中几乎消除上游甲烷泄漏。
氢泄漏是两种生产途径共有的额外排放风险，尽管通常在今天的排放核算中没有跟踪。虽然适当的法规至关重要，但供应链泄漏构成最小的严重风险，并且存在减轻它的工具和技术。
图1：从选定的氢技术中概述排放风险的概述
为什么泄漏氢是一个关注点？
一些新兴研究表明，泄漏的氢泄漏的情况显着促进了气候变暖。氢在供应链中的任何点泄漏到大气中充当间接温室气体，与甲烷这样的污染物反应，以延长大气中的寿命。泄漏的氢还会影响臭氧浓度，可能损害空气质量和臭氧层的回收，并且可以在大气中产生水蒸气，从而增强温室气体效应。
最近的研究已经表明，泄漏的氢可能比以前估计的更大的全球变暖贡献。然而，即使在泄漏率高的情况下，绿色氢在短期和长期内都具有无可否认的正气候益处特别是与它取代的化石燃料所产生的大量气候危害相比。
氢不是唯一与泄漏有关的问题的能源供应链。实际上，最终由氢部署靶向的最相关的位移是天然气，这使其成为比较氢的相关基准。
气体供应链中可能发生泄漏的四个主要部分：上游生产以及下游的传输，存储和分配。以千克至公斤的基础，天然气的主要成分甲烷将在100年的时间范围内贡献高达三倍。在20年的时间范围内，甲烷的变暖效果是氢的两倍。但是氢比天然气更能能量密度，因此为相同功能提供能量所需的燃料要少得多。氢provides 2.5 times more energy than methane per kilogram (120 MJ/kg and 50 MJ/kg, respectively), so methane’s warming impact is up to seven times worse than that of hydrogen when considering the warming potential in terms of the energy contained in each molecule.
将最小调节的氢系统与平均天然气系统的供应链泄漏进行比较，这表明氢仍然会导致较低的排放（图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素中假设），则差异加剧。领先的绿色氢生产商表明，在当今的技术和运营最佳实践中，可以轻松地将生产过程中的泄漏轻松降至最低。Additionally, significant leakage is less likely for hydrogen than for natural gas, given the relatively high value of hydrogen, newer infrastructure, and the carry-over of lessons learned in detection and monitoring technology, all of which will drive down leakage across hydrogen’s supply chain.
图2：鉴于天然气的上游甲烷排放量很大，氢气沿供应链的排放影响小于天然气的排放。至关重要的是，作为无碳燃料，氢消除了从化石燃料的燃烧中看到的所有CO2E排放。
即使在泄漏率高的非管制替代现实中，氢仍然对我们的脱碳种族有益。蓝色氢将提供优于其未减弱的化石燃料替代品，但鉴于甲烷泄漏和低捕获率的显着排放风险，其气候比对仍然比绿色氢更不确定。
通过改进的连接器，压缩机和存储容器开发强大的泄漏预防技术将使新系统几乎防漏。可靠且具有成本效益的泄漏探测器对于大规模部署至关重要。生产者已经积极主动从安全角度最大程度地减少和检测泄漏，但是这些测量技术更为基本，并且旨在限制点火风险。但是，可以使用更多敏感的检测器来监视较小的泄漏量。支持大规模测量和减少泄漏的激励措施将加强对诸如缩放氢化量的全球竞赛等技术的投资。
氢枢纽的承诺
将氢开发集中在行业和运输中心上，将使整个供应链中的泄漏机会最小化。氢在集中式工业用途和海上运输燃料中提供了最大的减少排放效益和近期成本竞争力。将氢部署在集中在这些最终用途的枢纽中将限制传输和分配系统的需求，并可能从此类系统中泄漏。鉴于所需的更大的分销网络，分散的用途（例如供暖建筑物和燃油运输）将带来更大的泄漏风险。这些部门已经比燃料转换为氢更好，因此不应优先考虑燃料。
借助供应链透明度以及适当的调节和计划，氢是一种非常强大的工具，可减少碳排放。随着行业的增长，预防泄漏的耦合激励措施将激发低泄漏的氢经济性，但是阈值绩效的政策任务也可以发挥重要作用。
请继续关注我们系列的下一部分，在那里我们将探讨围绕氢生产的排放的普通神话。
本文是由托马斯·科赫·布兰克（Thomas Koch Blank），，，，拉加夫穆里达兰（Muralidharan），，，，凯特琳·拉米雷斯（Kaitlyn Ramirez），亚历山德拉·沃尔（Alexandra Wall）和泰莎·魏斯（Tessa Weiss）。
关于图表2：假设的免责声明：GWP20用于比较二氧化碳中天然气和氢泄漏的甲烷。EPA甲烷泄漏数据从EPA和EIA2019年报告价值。由于EPA是对排放的低范围估计，因此在错误栏中看到的天然气泄漏的额外估计值认为泄漏率为1.9％Alvarez等，2018。从中获取的燃烧值EIA。假设氢枢纽计算出的氢泄漏，假定在生产，传输和存储期间发生泄漏以及分布（由于生产和使用将是共同置于共同的）。38的氢GWP20对流层和平流层效应。生产泄漏率对于严格调节和不受监管的平均值，假定为0.1％和2.05％。传输泄漏率假定为0.04至0.05％。存储泄漏率地下存储估计分别为1％和2％。分配泄漏率假定为<0.5％
