Это связано с тем, что газообразный водород легко вступает в реакцию в атмосфере с той же молекулой, которая в первую очередь отвечает за расщепление метана, мощного парникового газа. Если выбросы водорода превысят определенный порог, эта совместная реакция, скорее всего, приведет к накоплению метана в атмосфере - с последствиями для климата на десятилетия вперед.

"Теоретически водород является топливом будущего", - сказал Маттео Бертаньи, постдокторский исследователь из Института окружающей среды Хай Мидоуз, работающий над инициативой по снижению выбросов углекислого газа. "Однако на практике это создает множество экологических и технологических проблем, которые все еще требуют решения".

Бертаньи является первым автором исследовательской статьи, опубликованной в Сообщения о природе, в котором исследователи смоделировали влияние выбросов водорода на атмосферный метан. Они обнаружили, что при превышении определенного порога, даже при замене использования ископаемого топлива, утечка водорода может нанести краткосрочный вред окружающей среде за счет увеличения количества метана в атмосфере. Риск причинения вреда усугубляется при использовании методов производства водорода с использованием метана в качестве сырья, что подчеркивает острую необходимость регулирования и минимизации выбросов при производстве водорода.

"Нам еще многое предстоит узнать о последствиях использования водорода, поэтому переход на водород, который, казалось бы, является чистым топливом, не создает новых экологических проблем", - сказал Амилькаре Порпорато, профессор гражданского строительства и охраны окружающей среды 94-го года Томаса Дж. Ву из Института окружающей среды Хай Мидоуз. Порпорато является главным исследователем и членом руководящей группы Инициативы по снижению выбросов углекислого газа, а также ассоциированным преподавателем в Центре энергетики и окружающей среды Андлингера.

Проблема сводится к одной маленькой, трудно поддающейся измерению молекуле, известной как гидроксильный радикал (OH). Часто называемый "моющим средством тропосферы", OH играет решающую роль в удалении из атмосферы парниковых газов, таких как метан и озон.

Гидроксильный радикал также вступает в реакцию с газообразным водородом в атмосфере. А поскольку каждый день образуется ограниченное количество OH, любой всплеск выбросов водорода означает, что для расщепления водорода будет использовано больше OH, а для расщепления метана останется меньше OH. Как следствие, метан дольше оставался бы в атмосфере, усиливая свое воздействие на потепление.

По словам Бертаньи, последствия скачка потребления водорода, который может произойти по мере расширения государственных стимулов для производства водорода, могут иметь климатические последствия для планеты на десятилетия вперед.

"Если вы сейчас выбросите немного водорода в атмосферу, это приведет к постепенному накоплению метана в последующие годы", - сказал Бертаньи. "Несмотря на то, что срок службы водорода в атмосфере составляет всего около двух лет, через 30 лет у вас все равно будет обратная связь с метаном от этого водорода".

В ходе исследования исследователи определили переломный момент, при котором выбросы водорода приведут к увеличению содержания атмосферного метана и тем самым подорвут некоторые краткосрочные преимущества водорода как чистого топлива. Определив этот порог, исследователи установили целевые показатели по управлению выбросами водорода.

"Крайне важно, чтобы мы проявляли инициативу в установлении пороговых значений выбросов водорода, чтобы их можно было использовать для обоснования проектирования и внедрения будущей водородной инфраструктуры", - сказал Порпорато.

Что касается водорода, называемого "зеленым водородом", который производится путем расщепления воды на водород и кислород с использованием электроэнергии из возобновляемых источников, Бертаньи сказал, что критический порог выбросов водорода составляет около 9%. Это означает, что если более 9% производимого "зеленого" водорода попадет в атмосферу - будь то в месте производства, когда-нибудь во время транспортировки или где-либо еще в цепочке создания стоимости, - количество атмосферного метана увеличится в течение следующих нескольких десятилетий, сводя на нет некоторые климатические преимущества перехода от ископаемое топливо.

А для голубого водорода, который относится к водороду, получаемому путем риформинга метана с последующим улавливанием и хранением углерода, порог выбросов еще ниже. Поскольку метан сам по себе является основным сырьем для процесса риформинга метана, производителям голубого водорода приходится учитывать прямую утечку метана в дополнение к утечке водорода. Например, исследователи обнаружили, что даже при уровне утечки метана всего 0,5% утечку водорода необходимо поддерживать на уровне около 4,5%, чтобы избежать увеличения концентрации метана в атмосфере.

"Управление скоростью утечки водорода и метана будет иметь решающее значение", - сказал Бертаньи. "Если у вас есть лишь небольшая утечка метана и небольшая утечка водорода, то голубой водород, который вы производите, действительно может быть не намного лучше, чем использование ископаемого топлива, по крайней мере, в течение следующих 20-30 лет".

Исследователи подчеркнули важность временного масштаба, в течение которого рассматривается влияние водорода на атмосферный метан. Бертаньи сказал, что в долгосрочной перспективе (например, в течение столетия) переход на водородную экономику, скорее всего, по-прежнему принесет чистую выгоду климату, даже если уровни утечки метана и водорода будут достаточно высокими, чтобы вызвать краткосрочное потепление. В конечном счете, по его словам, концентрация атмосферных газов достигнет нового равновесия, и переход на водородную экономику продемонстрирует свои климатические преимущества. Но прежде чем это произойдет, потенциальные краткосрочные последствия выбросов водорода могут привести к непоправимому экологическому и социально-экономическому ущербу.

Таким образом, если учреждения надеются достичь климатических целей середины века, Бертаньи предупредил, что утечку водорода и метана в атмосферу необходимо сдерживать по мере развертывания водородной инфраструктуры. А поскольку водород - это маленькая молекула, которую, как известно, трудно контролировать и измерять, он объяснил, что управление выбросами, вероятно, потребует от исследователей разработки более совершенных методов отслеживания потерь водорода по всей цепочке создания стоимости.

"Если компании и правительства серьезно относятся к инвестированию денег в развитие водорода как ресурса, они должны убедиться, что делают это правильно и эффективно", - сказал Бертаньи. "В конечном счете, водородная экономика должна быть построена таким образом, чтобы не противодействовать усилиям других секторов по сокращению выбросов углекислого газа".