氢在我们未来的能源中会发挥作用吗?

通过马特·凯尔索，文学学士/2022年6月21日 / 5分钟阅读

0评论

概述

随着全世界都在努力解决碳污染问题，人们越来越关注使用氢气作为燃料，因为氢气在燃烧时不会排放二氧化碳或甲烷。但目前大多数氢都是由甲烷形成的，这意味着如果我们不小心的话，这种“无碳”燃料来源实际上可能会导致更多的水力压裂。

碳问题

人类几乎不受限制地排放温室气体，继续使地球变暖温室气体到我们的大气层。最严重的排放形式是二氧化碳(二氧化碳)和甲烷。

根据美国环境保护署(EPA)的数据，二氧化碳约占美国人为温室气体排放的79%，其中大部分来自于能源和运输目的的煤炭、石油和天然气燃烧。甲烷是天然气钻探活动的主要产物，它通常也与石油和煤炭矿床有关。甲烷碳排放约占美国温室气体排放量的11%，但在100年的时间框架内，它的全球变暖潜力是二氧化碳的25倍。与二氧化碳排放问题一样严重的是，这些数据表明甲烷的排放量大约是二氧化碳排放量的3.5倍。

无碳的解决方案

2019年，美国消耗了大约10万亿英热单位的能量。实际上，用无碳解决方案取代我们的碳基燃料是一种全员参与的情况，这将使我们的星球有机会慢慢地从大气中清除温室气体。

可以理解的是，世界正在疯狂地寻找不会以二氧化碳或甲烷的形式将碳污染到大气中的能源。一个选择是核能尽管许多人对这些长期存在的废物，以及切尔诺贝利和福岛等备受瞩目的事故感到不舒服，但美国19%的电力都是在无碳排放的情况下生产的。水力发电约占我们电力的6%，也不排放碳，但它们确实有大量的碳排放对环境的影响在其他方面。风能(9%)、太阳能(3%)和地热能(0.4%)将继续发挥越来越大的作用，基础设施将继续建设，其中将包括储能解决方案等。除了巨大的核动力海军舰艇还有一些创意太阳能项目然而，目前还没有任何一种方法能够大规模应用于移动应用程序。

氢色轮

Deiman和van Troostwijk发现的水电解过程可以以碳中性的方式进行。通过使用太阳能等清洁能源，水分子被分解成氢分子和氧分子，从而实现零碳排放。然而，氢气可以在很多方面．为了区别于其他来源，通过清洁能源电解产生的氢被称为绿色氢。

下图显示了美国报告的氢生产设施(图1)。2020年，约95%的氢生产是由化石燃料以某种方式形成的。这些过程在这个氢配色方案中也有属于它们的颜色。灰色的氢是最常用的方法它由甲烷改革．在这个过程中，蒸汽加热到700°到1000°摄氏度之间，加上催化剂，将甲烷分子转化为一氧化碳(CO)和二氧化碳。然后有毒的CO气体与水反应，产生更多的氢和二氧化碳。在灰色氢中，所有这些二氧化碳都被释放到大气中，导致了我们的气候问题。

图1。美国产氢地点的地图。这张地图是在2022年3月制作的，使用的是2020年的数据集美国环保局，在这里可以找到。

蓝色氢气与灰色氢气完全相同，除了石油和天然气行业承诺在前者中隔离二氧化碳气体。不幸的是，这个承诺充满了问题。首先，它仍然依赖于同样的能源密集型钻井和水力压裂来获取甲烷。每一口井仍然需要数千辆满载柴油的卡车，数千吨从中西部上部矿山运来的沙子，数百万加仑的水等等。

在LightHawk的空中支持下，FracTracker于2019年捕获了宾夕法尼亚州波特县的一个井场，显示了钻井作业阶段的工业活动。

未计算的排放源和自然碳汇损失

天然气仍然需要通过一个管道网络数百万英里漏水的和易出事故的管道，由污染压缩站网络供电，排放估计507亿立方英尺的甲烷每年仅靠输电线。

土方工程的社区赋权项目使用光学气体成像摄像机捕捉肉眼看不见的排放物。这段视频显示了来自E位于德克萨斯州里夫斯县的agleClaw中游南区块4压缩站，拍摄于2022年2月。

这些管道穿过各种各样的地形——在美国，大约36%的土地是森林和平均81公吨每英亩碳排放量。是否通过衰变或燃烧时，几乎所有的碳最终都会与氧气结合，以二氧化碳的形式进入大气，重量增加一倍因子3.67这意味着每英亩被砍伐的林地平均将向大气中增加约297公吨的二氧化碳。此外，该区域将不再作为碳汇。平均而言，美国森林每年从大气中去除0.84公吨(1852磅)的二氧化碳，这些二氧化碳都被基础设施建设抵消了。

输电和集输线路至少需要清理50英尺的路权，有些管道的宽度是这个宽度的三到四倍。这意味着，平均而言，一英里长的管道通过林地的最低通行权将一次性消耗1800吨，此后每年消耗5吨。

以上描述的都是继续使用水力压裂天然气作为甲烷来源无法避免的大气碳排放。我们还必须解释蒸汽过热到700°c到1000°c的过程。然后，我们必须考虑新的管道和二氧化碳基础设施，基本上重复天然气管道的循环泄漏和事故这一次使用的是二氧化碳而不是甲烷，以及与以前相同的清理成本和碳汇移除，这是一个几乎完全尚未建成的大规模拟议网络。

那么我们该如何处理这些被封存的二氧化碳呢?的2.3亿公吨目前封存的二氧化碳(MtCO2)中，化肥使用量最大，为1.3亿吨co2。其次是石油和天然气，二氧化碳排放量为7000 - 8000万吨。将二氧化碳注入一口井，以帮助将碳氢化合物推向另一口井，从而提高产量提高采收率，从而继续碳提取循环。该行业宣传90-95%的二氧化碳留在地下这意味着有5% -10%的碳没有被吸收，最终会进入大气层。

拿走

我们认为，清洁绿色氢的前景正被用作一种诱骗策略，目的是让人们(以及控制财政的政客们)对氢感到兴奋。一如既往，重要的是跟踪资金，看看谁得到了这些税收优惠。在早期，似乎由石油和天然气开采公司主导，他们在纸面上指出了比当前做法更好的碳排放，但没有考虑到生vwin娱乐首页产氢气所必需的复杂的、碳含量高的步骤。

它也没有考虑到这一过程的低效。在最近同行评审的出版物，作者罗伯特·豪沃思和马克·雅各布森指出: