Топливо будущего оказалось с подвохом: водород усиливает потепление не так, как ожидали

Водород долгое время считался почти идеальным элементом энергетического перехода. Он горит без дыма, не относится к классическим парниковым газам и быстро рассеивается в атмосфере. Благодаря этому его влияние на климат долго оставалось за рамками публичных дискуссий.
Об этом сообщает научное издание со ссылкой на новое исследование международной группы ученых.

Почему водород оказался не таким безобидным

Последние данные показывают, что водород способен усиливать глобальное потепление косвенно. Он не удерживает тепло напрямую, но вмешивается в химические процессы атмосферы. В результате меняется поведение метана — одного из самых мощных парниковых газов.

В атмосфере существуют активные химические соединения, которые разрушают метан и сокращают срок его жизни. Рост концентрации водорода снижает эффективность этих "очистителей". Метан задерживается дольше, а значит, удерживает тепло более продолжительное время. Даже такое, на первый взгляд, небольшое изменение усиливает общий эффект потепления.

Как работает этот механизм

"Водород — самая маленькая молекула в мире, и он легко утекает из трубопроводов, производственных объектов и хранилищ", — сказал ученый Стэнфордского университета Роб Джексон, старший автор исследования и председатель консорциума.

Исследование показывает, что в пересчете на влияние на климат водород косвенно нагревает атмосферу примерно в 11 раз сильнее углекислого газа на горизонте 100 лет и примерно в 37 раз — в первые 20 лет после выброса. Этот эффект связан не с тепловым излучением, а с изменением химического баланса воздуха.

"Чем больше водорода в атмосфере, тем меньше в ней очищающих веществ, из-за чего метан сохраняется дольше и продолжает нагревать климат", — отметил ведущий автор исследования Зутао Оуян, доцент Обернского университета.

Метан как ключевой источник роста водорода

Метан играет центральную роль в этом процессе. Он образуется при добыче ископаемого топлива, в сельском хозяйстве и на свалках. В атмосфере метан окисляется и частично превращается в водород. Рост концентрации водорода, в свою очередь, продлевает срок жизни метана, формируя замкнутый цикл.

"Самым большим источником роста атмосферного водорода является окисление увеличивающегося объема метана", — подчеркнул Роб Джексон.

С 1990 года ежегодный объем водорода, образующегося при распаде метана, увеличивался примерно на 4 млн тонн и к 2020 году достиг около 27 млн тонн. Дополнительный вклад вносят утечки при промышленном производстве водорода и азотных удобрений, широко применяемых в сельском хозяйстве.

Что происходит в атмосфере сегодня

С доиндустриальных времен уровень водорода в атмосфере вырос примерно на 70%. После короткой стабилизации в начале 2000-х концентрация снова начала расти. В период с 1990 по 2020 год основной вклад пришелся на деятельность человека.

Около 70% выбросов водорода за последнее десятилетие были поглощены почвенными бактериями, которые используют его как источник энергии. Однако оставшейся части достаточно, чтобы изменить атмосферную химию. Эти процессы также приводят к образованию озона и водяного пара в верхних слоях атмосферы и могут влиять на формирование облаков.

По оценкам ученых, рост водорода уже добавил около 0,02 °C к глобальному потеплению со времен промышленной революции. Этот вклад сопоставим с суммарным эффектом выбросов крупной индустриальной страны.

Водород и энергетический переход

Сегодня водород активно рассматривается как топливо для тяжелой промышленности, транспорта и судоходства. Однако более 90% мирового производства по-прежнему основано на газификации угля и паровом риформинге метана — энергоемких процессах с высоким углеродным следом.

Теоретически "зеленый" водород, полученный с использованием возобновляемых источников энергии, может почти не создавать выбросов парниковых газов. Ожидается, что его производство будет расти. Новые данные показывают, что без строгого контроля утечек и сокращения выбросов метана часть климатической выгоды может быть утрачена.

"Нам нужно более глубокое понимание глобального водородного цикла и его связи с потеплением, чтобы построить безопасную и устойчивую водородную экономику", — отметил Джексон.

Сравнение: водород, метан и углекислый газ

Влияние этих газов на климат различается по механизму и масштабу. Углекислый газ действует медленно, но на протяжении столетий. Метан удерживает тепло гораздо сильнее, но живет в атмосфере меньше. Водород не является парниковым газом напрямую, однако усиливает эффект метана, продлевая его присутствие в воздухе.

Плюсы и минусы водородной энергетики

Водород часто называют топливом будущего, однако его использование имеет как преимущества, так и ограничения.

К основным плюсам относятся:

• отсутствие прямых выбросов CO₂ при сжигании;
• возможность применения в тяжелой промышленности и транспорте;
• совместимость с возобновляемыми источниками энергии.

Среди минусов и рисков выделяют:

• высокую вероятность утечек при хранении и транспортировке;
• зависимость от метана на этапе производства;
• косвенное усиление глобального потепления при слабом контроле.

Советы по ответственному использованию водорода

1. Оценивать полный жизненный цикл водорода — от производства до хранения и транспортировки.

2. Минимизировать утечки на всех этапах инфраструктуры.

3. Параллельно сокращать выбросы метана в энергетике и сельском хозяйстве.

4. Развивать системы мониторинга атмосферных концентраций водорода.

Популярные вопросы о влиянии водорода на климат

Опасен ли водород для климата

Он не является парниковым газом, но усиливает воздействие метана, что делает его важным косвенным фактором потепления.

Что сильнее влияет на климат — водород или метан

Метан оказывает прямое и более мощное влияние, однако рост водорода продлевает его эффект и усиливает общий вклад в потепление.

Может ли зеленый водород быть полностью безопасным

Только при строгом контроле утечек и минимальных сопутствующих выбросах на всех этапах производства.