Bir MIT Çalışması, Potansiyel Hidrojen Sızıntısının "Göz Ardı Edilemeyecek" Etkilerini Ortaya Koydu
MIT çalışması, hidrojenin iklim üzerindeki etkilerini doğruladı ve bu temiz yanan yakıtı işlemek için altyapı inşa edilirken sızıntı önlemenin bir öncelik olmasını önerdi.
Dünya iklim değişikliğini durdurmanın yollarını ararken, birçok tartışma, yakıldıklarında iklimi ısıtan sera gazları (GHG) yayan fosil yakıtlar yerine hidrojen kullanmaya odaklanıyor. Hidrojen yakmak atmosfere GHG yaymaz ve hidrojen, özellikle endüstriyel süreçlerde, elektrik üretiminde ve ev ısıtmasında doğal gazın yerine kullanılması gibi çeşitli kullanımlar için oldukça uygundur.
Ancak hidrojen yakmak GHG yaymazken, boru hatlarından veya depolama ve yakıt tesislerinden sızan hidrojen, troposferik ozon ve metan dahil olmak üzere GHG olan diğer bileşikleri etkileyerek dolaylı olarak iklim değişikliğine neden olabilir ve metan etkileri baskındır. Atmosferdeki kimyasal bileşikler üzerindeki hidrojenin etkilerini analiz eden ve çokça atıfta bulunulan 2022 modelleme çalışması, bu iklim etkilerinin önemli olabileceği sonucuna vardı. MIT Enerji Girişimi'nin Geleceğin Enerji Sistemleri Merkezi'nden sağlanan fonla, MIT araştırmacılarından oluşan bir ekip, hidrojenin sızması durumunda yakıt olarak kullanılmasının risklerini oluşturan kimyaya daha ayrıntılı bir şekilde baktı.
Araştırmacılar, hidrojenden etkilenebilecek çok daha fazla kimyasal reaksiyonu izleyen ve kimyasallar arasındaki etkileşimleri içeren bir model geliştirdi. 28 Ekim'de Frontiers in Energy Research'te yayınlanan açık erişimli sonuçları, sızan hidrojenin iklim üzerindeki etkisinin 2022 çalışmasında tahmin edildiği kadar büyük olmayacağını ve bugün kaçan doğal gazın etkisinin yaklaşık üçte biri olacağını gösterirken, sızan hidrojenin iklimi etkileyeceğini de gösterdi. Araştırmacılar, bu nedenle hidrojen altyapısı inşa edilirken sızıntının önlenmesinin en önemli öncelik olması gerektiğini belirtiyor.
Hidrojenin atmosferimizi temizleyen "deterjan" etkisi
Çok sayıda kimyasal reaksiyon kullanan küresel üç boyutlu iklim kimyası modelleri de hidrojenin potansiyel iklim etkilerini değerlendirmek için kullanıldı, ancak sonuçlar bir modelden diğerine değiştiğinden, MIT çalışmasını kimyayı analiz etmeye motive etti. Hidrojen kullanımının iklim etkilerine ilişkin çoğu çalışma, yalnızca hidrojen yakıtının üretimi sırasında yayılan sera gazlarını dikkate alır. Hidrojeni elde etmek için kullanılan işlemden bağımsız olarak, yakıtın kendisi iklimi tehdit edebilir. Yaygın kullanım için hidrojenin taşınması, dağıtılması ve depolanması gerekecektir - kısacası, sızıntı için birçok fırsat olacaktır.
Soru şu: Atmosfere ulaştığında sızan hidrojene ne olur? Sızan hidrojenden kaynaklanan büyük iklim etkilerini öngören 2022 çalışması, atmosferdeki sadece dört kimyasal bileşiğin çiftleri arasındaki reaksiyonlara dayanıyordu. Sonuçlar, hidrojenin atmosfer kimyacılarının "atmosferin deterjanı" dediği bir kimyasal türü tüketeceğini gösterdi. MIT'nin Dünya, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümü'nde (EAPS) doktora adayı olan Candice Chen “atmosferin deterjanı” için şöyle diyor: "Sera gazlarını, kirleticileri ve atmosferdeki her türlü kötü şeyi yok ediyor. Yani havamızı temizliyor. En iyisi de, bu deterjan - OH olarak kısaltılan hidroksil radikali - atmosferdeki son derece güçlü bir sera gazı olan metanı ortadan kaldırıyor. Bu nedenle OH, küresel sıcaklıkların yükselme hızını yavaşlatmada önemli bir rol oynuyor. Ancak atmosfere sızan herhangi bir hidrojen, metanı temizlemek için kullanılabilen OH miktarını azaltacak, böylece metan konsantrasyonu artacaktır.”
Sızan hidrojen ve sızan doğal gaz: Bir iklim karşılaştırması
Doğal gaz yakmak, kömür veya petrol yakmaktan daha az sera gazı emisyonu üretir; Ancak hidrojende olduğu gibi, kuyulardan, boru hatlarından ve işleme tesislerinden sızan herhangi bir doğal gazın iklim etkileri olabilir ve diğer fosil yakıtlar yerine doğal gaz kullanmanın algılanan faydalarından bazılarını ortadan kaldırabilir. Sonuçta, doğal gaz büyük ölçüde metandan oluşur; atmosferdeki OH deterjanı tarafından temizlenen oldukça güçlü bir sera gazıdır. Gücü göz önüne alındığında, küçük metan sızıntıları bile büyük bir iklim etkisine sahip olabilir.
Bu nedenle, doğal gaz yakıtını (esas olarak metanı) hidrojen yakıtıyla değiştirmeyi düşünürken, iki yakıtın sızdırıldığında iklim etkilerinin nasıl karşılaştırıldığını göz önünde bulundurmak önemlidir. İki kimyasalın iklim etkilerini karşılaştırmanın olağan yolu, küresel ısınma potansiyeli veya GWP adı verilen bir ölçü kullanmaktır. GWP iki ölçüyü birleştirir; bir gazın radyatif zorlaması (yani ısıyı hapsetme yeteneği) ve atmosferdeki ömrü. Gazların ömürleri büyük ölçüde farklılık gösterdiğinden, iki gazın iklim etkilerini karşılaştırmak için her birinin GWP'sini karbondioksitin GWP'siyle ilişkilendirmek gelenekseldir.
Ancak hidrojen ve metan sızıntısı metanda artışlara neden olur ve bu metanın ömrüne göre bozunması söz konusudur. Bu nedenle Chen ve meslektaşları alışılmadık bir prosedürün işe yarayacağını fark ettiler: Sızan iki gazın etkilerini doğrudan karşılaştırabilirlerdi. Buldukları şey, hidrojenin iklim etkisinin metanınkinden yaklaşık üç kat daha az olduğuydu (kütle bazında). Dolayısıyla doğal gazdan hidrojene geçmek yalnızca yanma emisyonlarını ortadan kaldırmakla kalmayacak, aynı zamanda sızıntının miktarına bağlı olarak iklim etkilerini de potansiyel olarak azaltacaktır.
Önemli çıkarımlar
Son olarak, araştırmacılar hem hidrojen hem de doğal gaz için altyapı geliştirme ve kullanımı konusunda pratik rehberlik sunmaktadır. Analizleri, hidrojen yakıtının kendisinin, özünün çoğu metan olan doğal gaz gibi "ihmal edilemez" bir GWP'ye sahip olduğunu belirlemektedir. Bu nedenle, her iki yakıtın sızıntısını en aza indirmek, hem Avrupa Komisyonu hem de ABD Dışişleri Bakanlığı tarafından belirlenen hedef olan 2050 yılına kadar net sıfır karbon emisyonuna ulaşmak için gerekli olacaktır. Makaleleri, "Neredeyse sızıntısız kullanılırsa, hidrojen mükemmel bir seçenektir. Aksi takdirde, hidrojen; enerji geçişinde yalnızca geçici bir adım olmalı veya küresel ısınma etkilerini dengelemek için karbon giderme adımlarıyla birlikte kullanılmalıdır" sonucuna varmaktadır.
