奥本、斯坦福大学领导突破性研究：全球氢能经济必须减少泄漏与甲烷排放

氢能作为一种潜在替代能源，未来有望在全球能源系统脱碳中发挥重要作用，为工业生产、家庭、商业及基础设施提供动力。

然而，氢能虽有潜力，但仍需谨慎乐观。氢气（H₂）在大气中与甲烷、臭氧（污染物）及水汽发生相互作用，可能导致气候变暖，从而抵消其潜在益处。

一项由奥本大学研究人员联合主导、发表于国际顶级期刊Nature的新研究表明，要构建“氢能经济”，必须对全球氢循环有更深入的科学理解，以支持安全、可持续的氢能经济发展。

与二氧化碳和甲烷等温室气体不同，氢气本身不会在大气中直接捕获热量。但通过与其他气体的相互作用，氢气在释放后的前100年间，其间接加热大气的速度约为二氧化碳的11倍，在前20年约为37倍。

研究的第一作者、奥本大学林业、野生动物与环境学院（CFWE）生态系统建模助理教授Zutao Ouyang表示：“这种间接变暖引发了氢气潜在泄漏的气候影响担忧，也凸显了未来氢能经济的气候效益依赖于整个氢价值链的泄漏最小化以及天然气（甲烷）排放的减少。”

为评估泄漏影响，Ouyang与国际科学家联盟 Global Carbon Project 合作，首次全面统计全球氢气来源和去向，评估大气氢浓度变化及其气候后果。

该研究题为《全球氢气预算》（The global hydrogen budget），由 Ouyang 与斯坦福大学教授、Global Carbon Project主席Rob Jackson联合主导，并与来自法国、澳大利亚、中国、日本、英国、挪威和奥地利等约30家国际机构的研究人员合作完成。

澳大利亚CSIRO环境研究主管兼Global Carbon Project执行董事Pep Canadell 表示：“团队收集了大气氢气的直接测量数据，并进行了迄今最全面的数据收集和建模，以估算氢气的主要来源与去向，绘制出首个全球氢气全景图。”

研究团队随后基于IPCC不同情景，使用简化地球系统模型预测未来氢排放、去除及大气浓度变化，并评估这些变化可能对气候的影响。

自30年前氢气生产开始增加以来，研究人员估算，从工业化前至2003年，大气中氢气浓度增加约70%，随后短暂稳定，到2010年再次上升。作者发现，这一增加主要源于氢气生产过程中的泄漏，以及不太为人所知的，由于人类活动导致甲烷排放增加，其氧化反应生成氢气。

甲烷（CH₄）排放——尤其来自化石燃料开采、运输及使用——对大气氢浓度有重要但常被忽视的影响。甲烷和氢气在大气中共享相同的“清洁”路径（氧化过程），且甲烷氧化本身会生成氢气，这种反馈作用会在甲烷排放增加时提高大气氢浓度，并竞争清除甲烷的“大气清洁剂”。

尽管目前整体气候效应相对较小，这些复杂的相互作用仍可能削弱氢能带来的正面效益。

Jackson 表示：“全球最大的氢气来源是大气中甲烷的氧化。但甲烷和氢气也会竞争大气清洁剂。这种竞争延长了甲烷在大气中的生命周期，从而增加间接气候变暖。氢气越多，甲烷越多；甲烷越多，氢气也越多。”

作者一致认为，如果氢能经济要被广泛接受，必须减少氢气与甲烷间导致的非预期变暖相互作用，以建立公众和行业对氢能的信任。

Ouyang说：“通过量化氢气与甲烷之间此前未被考虑的变暖反馈，我们希望改进未来气候情景，并支持决策者在最小化氢泄漏带来的经济损失和气候风险方面做出更科学的决策。”

这项研究为政策制定者、行业和科研人员提供了量化证据，可用于设定安全的氢气与甲烷泄漏阈值、制定有效法规和优先实施成本高效的缓解策略。

CFWE院长Janaki Alavalapati表示：“这项国际研究的重要性不可低估，团队对氢气来源与去向及其相关变暖影响的综合评估，有助于确保全球氢能扩展与气候安全、可持续能源转型保持一致。”

研究由Gordon and Betty Moore Foundation、斯坦福大学Doerr可持续发展学院、斯坦福全球甲烷办公室及奥本大学CFWE资助。