Nghiên cứu do Đại học Princeton và Hiệp hội Khí quyển và Đại dương Quốc gia tiến hành cho thấy rằng một phản ứng hóa học trong tầng khí quyển thấp hơn có thể hạn chế tiềm năng của hydro dưới dạng nhiên liệu sạch.
Lý do cho điều này là khí hydro dễ dàng phản ứng trong khí quyển với cùng một phân tử chịu trách nhiệm phân hủy khí mê-tan, một loại khí nhà kính mạnh. Nếu mức độ phát thải hydro vượt qua một ngưỡng cụ thể, phản ứng chung này có khả năng dẫn đến sự tích tụ khí mê-tan trong khí quyển, dẫn đến hậu quả khí hậu lâu dài.
Matteo Bertagni, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Môi trường High Meadows làm việc trong Sáng kiến Giảm thiểu Carbon cho biết: “Hydrogen về mặt lý thuyết là nhiên liệu của tương lai. “Tuy nhiên, trên thực tế, nó đặt ra nhiều mối lo ngại về môi trường và công nghệ vẫn cần được giải quyết.”
Bertagni là tác giả đầu tiên của một bài báo nghiên cứu đăng trên Nature Communications, trong đó các nhà nghiên cứu đã mô hình hóa tác động của khí thải hydro đối với khí mê-tan trong khí quyển. Họ phát hiện ra rằng trên một ngưỡng nhất định, ngay cả khi thay thế việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nền kinh tế hydro bị rò rỉ có thể gây ra tác hại môi trường trong thời gian ngắn bằng cách tăng lượng khí mê-tan trong khí quyển. Nguy cơ gây hại tăng lên đối với các phương pháp sản xuất hydro sử dụng khí mê-tan làm đầu vào, cho thấy nhu cầu cấp thiết phải quản lý và giảm thiểu lượng khí thải từ quá trình sản xuất hydro.
Nền kinh tế hydro có thể làm tăng mức độ mêtan trong khí quyển. Tín dụng: Bumper DeJesus
Amilcare Porporato, Thomas J. Wu '94 Giáo sư Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường cho biết: “Chúng tôi có rất nhiều điều để tìm hiểu về hậu quả của việc sử dụng hydro, vì vậy việc chuyển sang sử dụng hydro, một loại nhiên liệu có vẻ sạch sẽ không tạo ra những thách thức mới về môi trường. và Viện Môi trường High Meadows. Porporato là điều tra viên chính và là thành viên của Nhóm Lãnh đạo Sáng kiến Giảm thiểu Carbon và cũng là giảng viên liên kết tại Trung tâm Năng lượng và Môi trường Andlinger.
Vấn đề tập trung vào một phân tử nhỏ, khó đo lường được gọi là gốc hydroxyl (OH). Thường được mệnh danh là “chất tẩy rửa tầng đối lưu,” OH đóng một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các khí nhà kính như mêtan và ôzôn khỏi khí quyển.
Gốc hydroxyl cũng phản ứng với khí hydro trong khí quyển. Và vì một lượng OH hạn chế được tạo ra mỗi ngày, nên bất kỳ lượng khí thải hydro tăng đột biến nào cũng có nghĩa là sẽ có nhiều OH hơn được sử dụng để phân hủy hydro, khiến lượng OH có sẵn ít hơn để phân hủy khí mê-tan. Kết quả là, khí mê-tan sẽ tồn tại lâu hơn trong bầu khí quyển, kéo dài tác động nóng lên của nó.
Theo Bertagni, tác động của việc tăng đột biến hydro có thể xảy ra khi chính phủ khuyến khích mở rộng sản xuất hydro có thể gây ra hậu quả khí hậu kéo dài hàng thập kỷ cho hành tinh.
Bertagni cho biết: “Nếu bạn thải một ít hydro vào bầu khí quyển ngay bây giờ, nó sẽ dẫn đến sự tích tụ dần dần khí mê-tan trong những năm tiếp theo. “Mặc dù hydro chỉ có tuổi thọ khoảng hai năm trong khí quyển, nhưng bạn vẫn sẽ có phản hồi khí mê-tan từ hydro đó trong 30 năm kể từ bây giờ.”
Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã xác định điểm bùng phát mà tại đó lượng khí thải hydro sẽ dẫn đến sự gia tăng khí mê-tan trong khí quyển và do đó làm suy yếu một số lợi ích ngắn hạn của hydro với tư cách là nhiên liệu sạch. Bằng cách xác định ngưỡng đó, các nhà nghiên cứu đã thiết lập các mục tiêu để quản lý lượng khí thải hydro.
Porporato cho biết: “Điều cấp thiết là chúng ta phải chủ động thiết lập các ngưỡng phát thải hydro để chúng có thể được sử dụng làm thông tin cho việc thiết kế và triển khai cơ sở hạ tầng hydro trong tương lai.
Đối với hydro được gọi là hydro xanh, được sản xuất bằng cách tách nước thành hydro và oxy sử dụng điện từ các nguồn tái tạo, Bertagni nói rằng ngưỡng quan trọng đối với lượng khí thải hydro nằm ở khoảng 9%. Điều đó có nghĩa là nếu hơn 9% hydro xanh được tạo ra rò rỉ vào khí quyển — cho dù đó là tại điểm sản xuất, đôi khi trong quá trình vận chuyển hay bất kỳ nơi nào khác dọc theo chuỗi giá trị — khí mê-tan trong khí quyển sẽ tăng lên trong vài thập kỷ tới, hủy bỏ ra một số lợi ích về khí hậu của việc chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch.
Và đối với hydro màu xanh lam, nghĩa là hydro được tạo ra thông qua quá trình cải cách mêtan với quá trình thu hồi và lưu trữ carbon sau đó, ngưỡng phát thải thậm chí còn thấp hơn. Vì bản thân khí mê-tan là đầu vào chính cho quá trình tái tạo khí mê-tan nên các nhà sản xuất hydro xanh phải xem xét rò rỉ khí mê-tan trực tiếp bên cạnh rò rỉ hydro. Ví dụ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng ngay cả khi tỷ lệ rò rỉ khí mê-tan thấp tới 0,5%, thì lượng rò rỉ hydro sẽ phải được giữ ở mức dưới khoảng 4,5% để tránh làm tăng nồng độ khí mê-tan trong khí quyển.
Bertagni cho biết: “Việc quản lý tỷ lệ rò rỉ hydro và mêtan sẽ rất quan trọng. “Nếu bạn chỉ rò rỉ một lượng nhỏ khí mê-tan và một chút rò rỉ hydro, thì hydro xanh mà bạn tạo ra thực sự có thể không tốt hơn nhiều so với việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, ít nhất là trong 20 đến 30 năm tới.
