ให้ความรู้เกี่ยวกับก๊าซมีเทน

เนื่องจากก๊าซไฮโดรเจนทำปฏิกิริยาได้ง่ายในชั้นบรรยากาศโดยมีโมเลกุลเดียวกันซึ่งมีหน้าที่หลักในการสลายก๊าซมีเทนซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพ หากการปล่อยก๊าซไฮโดรเจนเกินเกณฑ์ที่กำหนด ปฏิกิริยาที่ใช้ร่วมกันนั้นน่าจะนำไปสู่การสะสมมีเธนในชั้นบรรยากาศ ซึ่งส่งผลต่อสภาพอากาศที่ยาวนานหลายทศวรรษ Matteo Bertagni นักวิจัยหลังปริญญาเอกจาก High Meadows Environmental Institute ซึ่งทำงานเกี่ยวกับ Carbon Mitigation Initiative กล่าวว่า "ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงแห่งอนาคตในทางทฤษฎี "แต่ในทางปฏิบัติ มีข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและเทคโนโลยีมากมายที่ยังต้องได้รับการแก้ไข" Bertagni เป็นผู้เขียนบทความวิจัยรายแรกที่ตีพิมพ์ในNature Communicationsซึ่งนักวิจัยได้จำลองผลกระทบของการปล่อยก๊าซไฮโดรเจนต่อก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศ พวกเขาพบว่าเกินเกณฑ์ที่กำหนด แม้จะแทนที่การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เศรษฐกิจไฮโดรเจนที่รั่วไหลอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมในระยะสั้นโดยการเพิ่มปริมาณก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศ ความเสี่ยงที่จะเกิดอันตรายนั้นรวมอยู่ในวิธีการผลิตไฮโดรเจนโดยใช้มีเทนเป็นข้อมูลป้อนเข้า โดยเน้นย้ำถึงความจำเป็นอย่างยิ่งยวดในการจัดการและลดการปล่อยก๊าซจากการผลิตไฮโดรเจนให้เหลือน้อยที่สุด Amilcare Porporato, Thomas J. Wu '94, Professor of Civil and Environmental Engineering กล่าวว่า "เรามีหลายสิ่งหลายอย่างที่ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับผลที่ตามมาจากการใช้ไฮโดรเจน ดังนั้นการเปลี่ยนมาใช้ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่ดูเหมือนสะอาด จะไม่สร้างความท้าทายใหม่ๆ ต่อสิ่งแวดล้อม" และสถาบันสิ่งแวดล้อม High Meadows Porporato เป็นผู้ตรวจสอบหลักและเป็นสมาชิกของ Leadership Team for the Carbon Mitigation Initiative และยังเป็นคณาจารย์ที่เกี่ยวข้องที่ Andlinger Center for Energy and the Environment ปัญหาดังกล่าวเกิดขึ้นที่โมเลกุลขนาดเล็กที่ยากต่อการวัดซึ่งเรียกว่าไฮดรอกซิลแรดิคัล (OH) มักถูกขนานนามว่า "สารชะล้างของโทรโพสเฟียร์" OH มีบทบาทสำคัญในการกำจัดก๊าซเรือนกระจก เช่น มีเทนและโอโซนออกจากชั้นบรรยากาศ อนุมูลไฮดรอกซิลยังทำปฏิกิริยากับก๊าซไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศ และเนื่องจากในแต่ละวันมีการสร้าง OH ในปริมาณที่จำกัด การปล่อยไฮโดรเจนที่พุ่งสูงขึ้นหมายความว่าจะใช้ OH มากขึ้นในการสลายไฮโดรเจน ทำให้เหลือ OH น้อยลงในการสลายมีเทน ผลที่ตามมาคือมีเธนจะอยู่ในชั้นบรรยากาศนานขึ้นและขยายผลกระทบจากภาวะโลกร้อน จากข้อมูลของ Bertagni ผลกระทบของการเพิ่มขึ้นของไฮโดรเจนที่อาจเกิดขึ้นจากแรงจูงใจของรัฐบาลในการขยายการผลิตไฮโดรเจนอาจส่งผลต่อสภาพอากาศที่ยาวนานหลายทศวรรษสำหรับโลก Bertagni กล่าวว่า "ถ้าคุณปล่อยไฮโดรเจนสู่ชั้นบรรยากาศในตอนนี้ มันจะนำไปสู่การสะสมของ ก๊าซมีเทน มากขึ้นในปีต่อๆ ไป" "แม้ว่าไฮโดรเจนจะมีอายุขัยในชั้นบรรยากาศเพียง 2 ปี แต่คุณจะยังคงได้รับก๊าซมีเทนจากไฮโดรเจนนั้นในอีก 30 ปีนับจากนี้" ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้ระบุจุดเปลี่ยนที่การปล่อยไฮโดรเจนจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศ และด้วยเหตุนี้จึงทำลายประโยชน์บางอย่างในระยะสั้นของไฮโดรเจนในฐานะเชื้อเพลิงสะอาด นักวิจัยได้กำหนดเป้าหมายในการจัดการการปล่อยก๊าซไฮโดรเจนโดยการระบุเกณฑ์ดังกล่าว Porporato กล่าวว่า "จำเป็นอย่างยิ่งที่เราจะต้องดำเนินการเชิงรุกในการกำหนดเกณฑ์สำหรับการปล่อยก๊าซไฮโดรเจน เพื่อให้สามารถใช้เป็นข้อมูลในการออกแบบและการใช้งานโครงสร้างพื้นฐานของไฮโดรเจนในอนาคต" Porporato กล่าว สำหรับไฮโดรเจนที่เรียกว่าไฮโดรเจนสีเขียว ซึ่งผลิตโดยการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยใช้ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน Bertagni กล่าวว่าเกณฑ์วิกฤตสำหรับการปล่อยก๊าซไฮโดรเจนอยู่ที่ประมาณ 9% นั่นหมายความว่าหากไฮโดรเจนสีเขียวมากกว่า 9% เกิดการรั่วไหลสู่ชั้นบรรยากาศ ไม่ว่าจะเป็นที่จุดผลิต ระหว่างการขนส่ง หรือที่ใดก็ตามตลอดห่วงโซ่คุณค่า ก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศจะเพิ่มขึ้นในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า ยกเลิกผลประโยชน์ด้านสภาพอากาศบางประการจากการเลิกใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล และสำหรับไฮโดรเจนสีน้ำเงิน ซึ่งหมายถึงไฮโดรเจนที่ผลิตโดยการปฏิรูปมีเธนด้วยการดักจับและกักเก็บคาร์บอนในภายหลัง เกณฑ์สำหรับการปล่อยก๊าซจะต่ำกว่า เนื่องจากมีเธนเองเป็นข้อมูลหลักสำหรับกระบวนการปฏิรูปมีเธน ผู้ผลิตไฮโดรเจนสีน้ำเงินจึงต้องพิจารณาการรั่วไหลของมีเทนโดยตรงนอกเหนือจากการรั่วไหลของไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่น นักวิจัยพบว่าแม้จะมีอัตราการรั่วไหลของก๊าซมีเทนที่ต่ำถึง 0.5% การรั่วไหลของไฮโดรเจนจะต้องถูกเก็บไว้ที่ประมาณ 4.5% เพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มความเข้มข้นของก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศ Bertagni กล่าวว่า "การจัดการอัตราการรั่วไหลของไฮโดรเจนและมีเทนเป็นสิ่งสำคัญ "หากคุณมีการรั่วไหลของก๊าซมีเทนเพียงเล็กน้อยและมีการรั่วไหลของไฮโดรเจนเพียงเล็กน้อย ไฮโดรเจนสีน้ำเงินที่คุณผลิตขึ้นจริงๆ ก็อาจไม่ได้ดีไปกว่าการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลมากนัก อย่างน้อยก็ในอีก 20 ถึง 30 ปีข้างหน้า" นักวิจัยได้เน้นย้ำถึงความสำคัญของช่วงเวลาที่มีการพิจารณาถึงผลกระทบของไฮโดรเจนต่อก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศ Bertagni กล่าวว่าในระยะยาว (เช่น ในช่วงหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา) การเปลี่ยนไปใช้ระบบเศรษฐกิจไฮโดรเจนน่าจะยังส่งผลดีต่อสภาพอากาศ แม้ว่าระดับการรั่วไหลของก๊าซมีเทนและไฮโดรเจนจะสูงพอที่จะทำให้เกือบ ภาวะโลกร้อน ในที่สุด เขากล่าวว่า ความเข้มข้นของก๊าซในบรรยากาศจะเข้าสู่สมดุลใหม่ และการเปลี่ยนไปใช้ระบบเศรษฐกิจไฮโดรเจนจะแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ต่อสภาพภูมิอากาศ แต่ก่อนที่จะเกิดขึ้น ผลที่ตามมาในระยะสั้นที่อาจเกิดขึ้นจากการปล่อยก๊าซไฮโดรเจนอาจนำไปสู่ความเสียหายทางสิ่งแวดล้อมและทางเศรษฐกิจและสังคมที่ไม่สามารถแก้ไขได้ ดังนั้น หากสถาบันต่าง ๆ หวังที่จะบรรลุเป้าหมายด้านสภาพอากาศในช่วงกลางศตวรรษ Bertagni เตือนว่าการรั่วไหลของไฮโดรเจนและมีเทนสู่ชั้นบรรยากาศต้องได้รับการตรวจสอบ เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานของไฮโดรเจนเริ่มเปิดตัว และเนื่องจากไฮโดรเจนเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่ควบคุมและวัดค่าได้ยาก เขาอธิบายว่าการจัดการการปล่อยก๊าซน่าจะทำให้นักวิจัยต้องพัฒนาวิธีการที่ดีกว่าในการติดตามการสูญเสียไฮโดรเจนตลอดห่วงโซ่คุณค่า “หากบริษัทและรัฐบาลจริงจังกับการลงทุนเงินเพื่อพัฒนาไฮโดรเจนเป็นทรัพยากร พวกเขาต้องแน่ใจว่าดำเนินการอย่างถูกต้องและมีประสิทธิภาพ” Bertagni กล่าว “ท้ายที่สุดแล้ว เศรษฐกิจไฮโดรเจนจะต้องสร้างขึ้นในลักษณะที่จะไม่ขัดขวางความพยายามของภาคส่วนอื่น ๆ เพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน”