Для многих водород - топливо будущего. Новое исследование вызывает сомнения.
Промышленность продвигает водород как надежное топливо нового поколения для автомобилей, обогрева домов и выработки электроэнергии. На самом деле это может быть хуже для климата, чем считалось ранее.
Многие считают его чистой энергией будущего. Миллиарды долларов из двухпартийного законопроекта об инфраструктуре были направлены на его финансирование.
Но новое рецензируемое исследование влияния водорода, самого распространенного вещества во Вселенной, на климат, ставит под сомнение его роль в борьбе с выбросами парниковых газов, которые являются движущей силой катастрофического глобального потепления.
Главный камень преткновения: большая часть используемого сегодня водорода извлекается из природного газа в процессе, который требует много энергии и выделяет огромное количество углекислого газа. При производстве природного газа также выделяется метан, который является особенно сильным парниковым газом.
И хотя газовая промышленность предложила улавливать этот углекислый газ - создавая то, что она продвигает как свободный от выбросов, «голубой» водород - даже это топливо по-прежнему выделяет больше по всей цепочке поставок, чем простое сжигание природного газа, согласно опубликованной статье в журнале Energy Science & Engineering исследователями из Корнельского и Стэнфордского университетов.
«Называть это топливом с нулевым уровнем выбросов совершенно неправильно», - сказал Роберт У. Ховарт, биогеохимик и ученый-экосистема из Корнелла и ведущий автор исследования. «Мы обнаружили, что его нельзя назвать даже топливом с низким уровнем выбросов».
Чтобы прийти к своему заключению, доктор Ховарт и Марк З. Якобсон, профессор гражданской и экологической инженерии в Стэнфорде и директор его программы «Атмосфера / энергия», изучили выбросы парникового газа в течение жизненного цикла голубого водорода. Они учитывали как выбросы углекислого газа, так и метан, который утекает из скважин и другого оборудования при добыче природного газа.
Исследователи предположили, что 3,5% газа, пробуренного из-под земли, просачивается в атмосферу. Это предположение основано на растущих исследованиях, которые показали, что бурение на природный газ выделяет гораздо больше метана, чем было известно ранее.
Они также приняли во внимание природный газ, необходимый для работы технологии улавливания углерода. В целом, они обнаружили, что выброс парникового газа от голубого водорода более чем на 20 процентов больше, чем от сжигания природного газа или угля для получения тепла.
Такие открытия могут изменить расчет водорода. За последние несколько лет газовая промышленность начала активно продвигать водород в качестве надежного топлива нового поколения для использования в автомобилях, обогреве домов и сжигании на электростанциях.
В Соединенных Штатах, Европе и других странах промышленность также указала на водород как на оправдание для продолжения строительства газовой инфраструктуры, такой как трубопроводы, заявив, что трубы, по которым идет природный газ, могут в будущем нести более чистую смесь природного газа и водорода.
Хотя многие эксперты согласны с тем, что водород может в конечном итоге сыграть роль в хранении энергии или в питании определенных видов транспорта, таких как самолеты или грузовики дальнего следования, где переход на аккумуляторную электроэнергию может быть проблематичным, все больше сходятся во мнении, что водород в более широком смысле чем экономика, которая полагается на природный газ, может нанести ущерб климату. (При текущих затратах это также было бы очень дорого.)
Последнее исследование дополнило доказательства, сказал Дрю Шинделл, профессор наук о Земле в Университете Дьюка. Доктор Шинделл был ведущим автором отчета Организации Объединенных Наций, опубликованного в этом году, в котором было обнаружено, что сокращение выбросов метана, основного компонента природного газа, гораздо более важно для борьбы с глобальным потеплением, чем считалось ранее. В новом отчете, опубликованном на этой неделе, ООН предупредила, что по существу весь рост средних мировых температур с 19 века был вызван сжиганием ископаемого топлива.
Исследование водорода показало, что «возможность продолжать использовать ископаемое топливо с добавлением чего-то дополнительного в качестве потенциального климатического решения не учитывает полностью выбросы и не делает реалистичных предположений» о будущих расходах, - сказал он в электронном письме.
Водородный совет, отраслевая группа, основанная в 2017 году, в которую входят BP, Shell и другие крупные нефтегазовые компании, не предоставила немедленных комментариев. В отчете McKinsey & Company, написанном в соавторстве с представителями отрасли, говорится, что водородная экономика может приносить 140 миллиардов долларов годового дохода к 2030 году и поддерживать 700 000 рабочих мест. В исследовании также прогнозировалось, что к 2050 году водород сможет удовлетворить 14 процентов общего спроса на энергию в Америке.
В Вашингтоне в рамках последнего двухпартийного пакета инфраструктуры выделяется 8 миллиардов долларов на создание региональных водородных узлов - положение, первоначально внесенное в отдельный законопроект сенатором Джо Манчином, демократом из Западной Вирджинии, крупного региона по добыче природного газа. Среди компаний, лоббирующих инвестиции в водород, была NextEra Energy, которая предложила пилотную установку по производству водорода на солнечной энергии во Флориде.
Бить тревогу. В отчете о состоянии Арктики освещаются тревожные и устойчивые тенденции в регионе, связанные с глобальным потеплением. Исследователи также все больше обеспокоены Антарктидой, где тают шельфовые ледники, а более сильные ветры изменяют важные течения.
Наука о торнадо. Разрушительные штормы, обрушившиеся на шесть штатов 10 декабря, пришли в конце года экстремальных погодных явлений. Но хотя ученым удалось связать изменение климата с ураганами и засухами, этого нельзя сказать о торнадо.
Лыжная индустрия готовится к битве. От огненных бурь в калифорнийском регионе Тахо до таяния ледников в Альпах - горнолыжные курорты сталкиваются с множеством устрашающих экологических угроз.
Экстремальные климатические условия в Австралии. Многие из тех районов, которые пострадали от ужасных лесных пожаров в 2019 и 2020 годах, теперь страдают от обильных дождей, из-за которых некоторые люди могут оказаться в затруднительном положении на несколько недель.
Джек Брауэр, директор Национального исследовательского центра топливных элементов при Калифорнийском университете в Ирвине, сказал, что водород в конечном итоге необходимо будет производить с использованием возобновляемых источников энергии для производства того, что промышленность называет зеленым водородом, который использует возобновляемую энергию для разделения воды на составляющие части: водород и кислород.
По его словам, водород, полученный из ископаемого топлива, по-прежнему может выступать в качестве переходного топлива, но в конечном итоге внесет «небольшой вклад в общую устойчивую водородную экономику». «Сначала мы используем синий, а затем делаем все зеленым», - сказал он.
Сегодня очень мало водорода является зеленым, потому что вовлеченный процесс - электролиз воды для отделения атомов водорода от кислорода - очень энергоемкий. В большинстве мест просто не хватает возобновляемой энергии для производства огромного количества зеленого водорода. (Хотя, если мир действительно начнет производить избыточную возобновляемую энергию, преобразование ее в водород будет одним из способов ее хранения.)
В обозримом будущем большая часть водородного топлива, скорее всего, будет производиться из природного газа с помощью энергоемкого и загрязняющего метода, называемого процессом парового риформинга, который использует пар, высокую температуру и давление для разложения метана на водород и монооксид углерода.
В голубом водороде используется тот же процесс, но применяется технология улавливания и хранения углерода, которая включает улавливание углекислого газа до его выброса в атмосферу, а затем закачку его под землю, чтобы заблокировать его. Но все еще не учитывается природный газ, который генерирует водород, приводит в действие процесс парового риформинга и количество улавливаемого CO2 . "Они существенные", - сказал доктор Ховарт из Корнелла.
Эми Таунсенд-Смолл, доцент кафедры экологических наук в Университете Цинциннати и эксперт по выбросам метана, сказала, что все больше ученых начинают изучать некоторые заявления отрасли о водороде точно так же, как они изучали климатические эффекты природных явлений добычи газа. «Я думаю, что это исследование будет способствовать развитию диалога», - сказала она.
Планы по производству и использованию водорода реализуются. National Grid вместе с Университетом Стоуни-Брук и штатом Нью-Йорк изучает возможность интеграции водорода в существующую газовую инфраструктуру, хотя проект направлен на производство водорода с использованием возобновляемых источников энергии.
Entergy считает, что водород был «частью создания долгосрочного безуглеродного будущего», дополняя возобновляемые источники энергии, такие как ветер или солнечная энергия, которые производят электроэнергию только с перерывами, сказал Джерри Наппи, представитель компании. «Водород - важная технология, которая позволит коммунальным предприятиям освоить гораздо больший объем возобновляемых источников энергии», - сказал он.
National Grid сослалась на свой план чистого нуля, в котором говорится, что водород будет играть важную роль в следующие несколько десятилетий, и что производство водорода из возобновляемых источников энергии было стержнем.
Штат Нью-Йорк «изучает все технологии», включая водород, в поддержку своих климатических целей, заявила Кейт Т. Мюллер, пресс-секретарь Государственного управления энергетических исследований и разработок США. Тем не менее, ее исследователи «рассмотрят и рассмотрят синюю водородную бумагу», - сказала она.