التحول إلى وقود الهيدروجين الأخضر قد يزيد مستويات الميثان في الغلاف الجوي.. تسرب أكثر من 9% من الهيدروجين المنتج
الهيدروجين الأزرق قد لا يكون أفضل بكثير من استخدام الوقود الأحفوري على الأقل خلال العشرين إلى الثلاثين عامًا القادمة
كتب مصطفى شعبان
يمكن الحد من إمكانات الهيدروجين كوقود نظيف بسبب تفاعل كيميائي في الغلاف الجوي السفلي ، وفقًا لبحث من جامعة برينستون والرابطة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي.
وذلك لأن غاز الهيدروجين يتفاعل بسهولة في الغلاف الجوي مع نفس الجزيء المسؤول بشكل أساسي عن تكسير الميثان ، وهو أحد غازات الدفيئة القوية. إذا تجاوزت انبعاثات الهيدروجين عتبة معينة ، فمن المرجح أن يؤدي هذا التفاعل المشترك إلى تراكم الميثان في الغلاف الجوي – مع عواقب مناخية على مدار عقود.
قال ماتيو بيرتاني ، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد هاي ميدوز البيئي الذي يعمل على مبادرة التخفيف من انبعاثات الكربون: “الهيدروجين هو نظريًا وقود المستقبل”. “من الناحية العملية ، على الرغم من ذلك ، فإنه يطرح العديد من المخاوف البيئية والتكنولوجية التي لا تزال بحاجة إلى معالجة.”
تأثير انبعاثات الهيدروجين على غاز الميثان
بيرتاني هو المؤلف الأول لمقال بحثي نُشر في Nature Communications ، حيث قام الباحثون بنمذجة تأثير انبعاثات الهيدروجين على غاز الميثان في الغلاف الجوي. ووجدوا أنه فوق عتبة معينة ، حتى عند استبدال استخدام الوقود الأحفوري، يمكن لاقتصاد الهيدروجين المتسرب أن يسبب ضررًا بيئيًا على المدى القريب عن طريق زيادة كمية الميثان في الغلاف الجوي. تتفاقم مخاطر الضرر بالنسبة لأساليب إنتاج الهيدروجين باستخدام الميثان كمدخل ، مما يبرز الحاجة الماسة لإدارة وتقليل الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الهيدروجين.
قال Amilcare Porporato ، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية Thomas J. ومعهد المروج العليا للبيئة. بوربوراتو هو باحث رئيسي وعضو في فريق القيادة لمبادرة التخفيف من انبعاثات الكربون وهو أيضًا عضو هيئة تدريس في مركز أندلينجر للطاقة والبيئة.
منظف طبقة التروبوسفير
تتلخص المشكلة في جزيء صغير يصعب قياسه يُعرف بجذر الهيدروكسيل (OH)، غالبًا ما يطلق عليها اسم “منظف طبقة التروبوسفير” ، تلعب OH دورًا حاسمًا في القضاء على غازات الدفيئة مثل الميثان والأوزون من الغلاف الجوي.
يتفاعل شق الهيدروكسيل أيضًا مع غاز الهيدروجين في الغلاف الجوي. ونظرًا لأن كمية محدودة من OH يتم إنتاجها يوميًا ، فإن أي ارتفاع في انبعاثات الهيدروجين يعني أنه سيتم استخدام المزيد من OH لتفكيك الهيدروجين ، مما يترك كمية أقل من الهيدروكسيد لتكسير الميثان. نتيجة لذلك ، سيبقى الميثان لفترة أطول في الغلاف الجوي ، مما يزيد من آثار الاحترار.
وفقًا لبيرتاني ، فإن تأثيرات ارتفاع الهيدروجين التي قد تحدث مع توسع الحوافز الحكومية لإنتاج الهيدروجين قد يكون لها عواقب مناخية على كوكب الأرض لعقود طويلة.
وقال بيرتاني: “إذا أطلقتم بعض الهيدروجين في الغلاف الجوي الآن ، فسوف يؤدي ذلك إلى تراكم تدريجي للميثان في السنوات التالية”. “على الرغم من أن عمر الهيدروجين يبلغ حوالي عامين فقط في الغلاف الجوي ، فلا يزال بإمكانك الحصول على تفاعل الميثان من هذا الهيدروجين في غضون 30 عامًا من الآن.”
حدد الباحثون نقطة التحول
في الدراسة، حدد الباحثون نقطة التحول التي قد تؤدي عندها انبعاثات الهيدروجين إلى زيادة الميثان في الغلاف الجوي ، وبالتالي تقويض بعض الفوائد على المدى القريب للهيدروجين كوقود نظيف. من خلال تحديد هذه العتبة ، وضع الباحثون أهدافًا لإدارة انبعاثات الهيدروجين.
قال بوربوراتو: “من الضروري أن نكون استباقيين في وضع عتبات لانبعاثات الهيدروجين ، بحيث يمكن استخدامها للإبلاغ عن تصميم وتنفيذ البنية التحتية للهيدروجين في المستقبل”.
تسرب أكثر من 9٪ من الهيدروجين الأخضر إلى الغلاف الجوي
بالنسبة للهيدروجين الذي يشار إليه باسم الهيدروجين الأخضر، والذي يتم إنتاجه عن طريق تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء من مصادر متجددة، قال بيرتاني إن العتبة الحرجة لانبعاثات الهيدروجين تبلغ حوالي 9٪، هذا يعني أنه إذا تسرب أكثر من 9٪ من الهيدروجين الأخضر المنتج إلى الغلاف الجوي – سواء كان ذلك في نقطة الإنتاج ، أو في وقت ما أثناء النقل، أو في أي مكان آخر على طول سلسلة القيمة – فإن غاز الميثان في الغلاف الجوي سيزداد خلال العقود القليلة القادمة ، مما يؤدي إلى إلغاء بعض الفوائد المناخية للتحول بعيدًا عن الوقود الأحفوري.
وبالنسبة للهيدروجين الأزرق ، الذي يشير إلى الهيدروجين المنتج عن طريق إصلاح الميثان مع احتجاز الكربون وتخزينه ، فإن عتبة الانبعاثات تكون أقل. نظرًا لأن الميثان نفسه هو المدخل الأساسي لعملية إصلاح الميثان ، يتعين على منتجي الهيدروجين الأزرق النظر في تسرب الميثان المباشر بالإضافة إلى تسرب الهيدروجين. على سبيل المثال ، وجد الباحثون أنه حتى مع انخفاض معدل تسرب الميثان إلى 0.5٪ ، فإن تسرب الهيدروجين يجب أن يظل أقل من 4.5٪ لتجنب زيادة تركيزات الميثان في الغلاف الجوي.
إدارة معدلات تسرب الهيدروجين والميثان
وقال بيرتاني “إدارة معدلات تسرب الهيدروجين والميثان ستكون حاسمة”، “إذا كان لديك كمية صغيرة من تسرب الميثان وقليلًا من تسرب الهيدروجين ، فإن الهيدروجين الأزرق الذي تنتجه حقًا قد لا يكون أفضل بكثير من استخدام الوقود الأحفوري، على الأقل خلال العشرين إلى الثلاثين عامًا القادمة.”
أكد الباحثون على أهمية المقياس الزمني الذي يتم فيه اعتبار تأثير الهيدروجين على غاز الميثان في الغلاف الجوي، قال بيرتاني، إنه على المدى الطويل (على مدار قرن، على سبيل المثال)، من المرجح أن يؤدي التحول إلى اقتصاد الهيدروجين إلى تحقيق فوائد صافية للمناخ، حتى لو كانت مستويات تسرب الميثان والهيدروجين عالية بما يكفي للتسبب في ما يقرب من- مصطلح الاحترار.
في النهاية ، قال ، ستصل تركيزات الغاز في الغلاف الجوي إلى توازن جديد، والتحول إلى اقتصاد الهيدروجين سيثبت فوائده المناخية. ولكن قبل حدوث ذلك، قد تؤدي العواقب المحتملة على المدى القريب لانبعاثات الهيدروجين إلى أضرار بيئية واجتماعية واقتصادية لا يمكن إصلاحها.
تطوير طرق أفضل لتتبع خسائر الهيدروجين
وبالتالي، إذا كانت المؤسسات تأمل في تحقيق الأهداف المناخية لمنتصف القرن، فقد حذر بيرتاني من أن تسرب الهيدروجين والميثان إلى الغلاف الجوي يجب أن يتم كبحه مع بدء البنية التحتية للهيدروجين في الظهور، ولأن الهيدروجين جزيء صغير معروف بصعوبة التحكم فيه وقياسه، أوضح أن إدارة الانبعاثات ستتطلب على الأرجح الباحثين لتطوير طرق أفضل لتتبع خسائر الهيدروجين عبر سلسلة القيمة.
قال بيرتاني: “إذا كانت الشركات والحكومات جادة في استثمار الأموال لتطوير الهيدروجين كمورد ، فعليها التأكد من أنها تقوم بذلك بشكل صحيح وفعال”، “في النهاية، يجب بناء اقتصاد الهيدروجين بطريقة لا تتعارض مع الجهود المبذولة في القطاعات الأخرى للتخفيف من انبعاثات الكربون”.
