Климат и водород
Новая компьютерная модель Института метеорологии им. Макса Планка показывает: массовое использование водородных топливных элементов может обеспечить более чистый воздух во всем мире и помочь реализовать Киотский протокол. В настоящее время широко признано, что возрастающее использование ископаемого топлива после индустриализации западного мира привело к непредсказуемым изменениям в химическом составе атмосферы Земли с многочисленными последствиями для качества воздуха в регионе и глобальной климатической системы. Например, несмотря на усилия многих стран по контролю выбросов от автомобилей и промышленных выбросов, концентрация тропосферного озона не уменьшилась после 1985 г., когда в США и Европе были внедрены автокатализаторы. Наоборот, за последнее десятилетие во многих регионах мира качество воздуха серьезно ухудшилось в результате увеличения автомобильного движения и промышленных выбросов.
С 1980-х годов во всем мире ведется поиск альтернативных способов удовлетворения растущего спроса на энергию более экологически безопасным способом. Учитывая потребности мобильного общества и последние достижения в технологии топливных элементов, использование водорода (H2) из возобновляемых источников представляется наиболее многообещающим подходом. Например, переход на водород приведет к значительному снижению глобального повышения температуры из-за парниковых газов, поскольку выбросы CO2 снизятся примерно на 20 процентов.
Но даже несмотря на то, что водородный топливный элемент сам по себе является «чистой» технологией, производящей только водяной пар в качестве выхлопного газа, необходимо также учитывать выбросы парниковых газов и прекурсоров озона при производстве водорода. В худшем случае, т.е. при электрическом расщеплении воды с использованием электроэнергии угольных электростанций, облегчения не будет, а будет значительно большая нагрузка на климатическую систему. Решающим параметром климатической эффективности перевода транспорта на водород является сокращение выбросов оксидов азота. С одной стороны, это приводит к значительному снижению загрязнения озоном (летний смог), а с другой стороны, к увеличению продолжительности жизни метана в атмосфере и, таким образом, к усилению парникового эффекта. Более того, может увеличиться и выброс молекулярного водорода в атмосферу - от выбросов при производстве, транспортировке, хранении и использовании.
Чтобы получить количественную оценку влияния водородной экономики на химический состав воздуха в тропосфере и, следовательно, на глобальный климат, ученые из Института метеорологии Макса Планка разработали трехмерную модель. была разработана глобальная модель химического состава воздуха, которая также учитывает множественные механизмы обратной связи, связанные с концентрацией ОН в тропосфере. Различные сценарии были смоделированы в течение десяти лет, всегда предполагая, что 50 процентов сегодняшнего потребления ископаемого топлива, что примерно соответствует доле транспорта в этих выбросах, будет заменено водородной технологией, и что водород будет полностью заменен генерируются безэмиссионными технологиями, т. е. из солнечной энергии, энергии ветра или гидроэлектроэнергии, геотермальной или ядерной энергии.
«Несмотря на то, что мы осознаем, насколько сильно упрощены наши модели, все же можно оценить, какое влияние окажет глобальная водородная экономика на климатическую систему», - говорит Мартин Шульц, первый автор исследования климата. «Сегодня на автомобильный транспорт приходится около 20 процентов глобальных выбросов углерода, поэтому увеличение радиационного воздействия на атмосферу из-за двуокиси углерода может быть существенно снижено в нашем водородном сценарии с уменьшением концентрации OH в тропосфере более чем на 20 процентов."
Глобальный переход от ископаемого топлива к водородной экономике не произойдет сразу и не только с технологиями с нулевым уровнем выбросов. Скорее возможны гидролиз с использованием электроэнергии из угля, газификация угля или возобновляемого биологического топлива или реформинг природного газа. Даже если бы все эти технологии могли контролировать выбросы окиси углерода и, возможно, оксидов азота, выбросы двуокиси углерода и метана компенсировали бы выбросы этих газов, сэкономленные водородными топливными элементами, с точки зрения воздействия на климат. «Следовательно, воздействие на климат в водородной экономике может возрасти, если выбросы от производства водорода не будут контролироваться или регулироваться», - говорит Шульц.
В конечном итоге, как показывают расчеты по модели Гамбурга, масштабный переход к водородной экономике может привести к существенному улучшению качества воздуха и снижению загрязнения климата - всегда при условии, что водород будет производиться без дополнительных выбросов образуются прекурсоры озона и парниковые газы. Однако эти модели все еще содержат много неопределенностей, в том числе в отношении технологий, фактически используемых для производства водорода. То, какое влияние широкомасштабная водородная экономика на самом деле окажет на атмосферу Земли, в решающей степени зависит от связанных с этим изменений в выбросах метана и оксидов азота. Даже если выбросы метана могут остаться постоянными, сокращение оксидов азота означает, что в тропосфере образуется меньше озона, но в то же время ослабляется окислительная способность атмосферы, что может еще больше усилить воздействие метана и других парниковых газов на климат.. © Общество Макса Планка
Общество Макса Планка (MPG) является учреждением фундаментальных исследований, финансируемым в основном федеральным правительством и правительствами штатов. Он управляет примерно восемьюдесятью институтами Макса Планка.