수소 연료로 전환하면 메탄 문제가 연장될 수 있습니다.
날짜:
2023년 3월 13일
원천:
프린스턴 대학교, 공과대학
요약:
수소는 종종 미래의 청정 연료로 알려져 있지만, 새로운 연구에 따르면 누출된 수소 인프라는 결국 대기 중 메탄 수준을 증가시켜 수십 년 동안 기후에 영향을 미칠 수 있습니다.
전체 이야기
Princeton University와 National Oceanic and Atmospheric Association의 연구에 따르면 청정 연료로서의 수소의 잠재력은 낮은 대기에서의 화학 반응에 의해 제한될 수 있습니다.
이는 수소가스가 강력한 온실가스인 메탄 분해를 주로 담당하는 동일한 분자와 대기 중에서 쉽게 반응하기 때문입니다. 수소 배출이 특정 임계값을 초과하면 공유 반응으로 인해 대기 중에 메탄이 축적되어 수십 년 동안 기후에 영향을 미칠 수 있습니다.
"수소는 이론적으로 미래의 연료입니다."라고 Carbon Mitigation Initiative에서 일하는 High Meadows Environmental Institute의 박사후 연구원인 Matteo Bertagni는 말했습니다. "그러나 실제로는 여전히 해결해야 할 많은 환경 및 기술 문제가 있습니다."
Bertagni 는 연구자들이 대기 메탄에 대한 수소 배출의 영향을 모델링한 Nature Communications 에 발표된 연구 논문의 첫 번째 저자입니다 . 그들은 특정 임계값 이상에서 화석 연료 사용을 대체하더라도 누출된 수소 경제가 대기 중 메탄의 양을 증가시켜 단기적으로 환경 피해를 일으킬 수 있음을 발견했습니다. 메탄을 투입물로 사용하는 수소 생산 방법의 경우 피해 위험이 더해져 수소 생산으로 인한 배출량을 관리하고 최소화해야 할 필요성이 절실합니다.
Thomas J. Wu '94 토목 및 환경 공학 교수인 Amilcare Porporato는 "우리는 수소 사용의 결과에 대해 배워야 할 것이 많기 때문에 깨끗해 보이는 연료인 수소로 전환해도 새로운 환경 문제가 발생하지 않습니다"라고 말했습니다. 및 High Meadows 환경 연구소. Porporato는 수석 조사관이자 Carbon Mitigation Initiative 리더십 팀의 구성원이며 Andlinger Center for Energy and the Environment의 관련 교수이기도 합니다.
문제는 하이드록실 라디칼(OH)로 알려진 하나의 작고 측정하기 어려운 분자로 귀결됩니다. 종종 "대류권의 세제"라고 불리는 OH는 대기에서 메탄 및 오존과 같은 온실 가스를 제거하는 데 중요한 역할을 합니다.
하이드록실 라디칼은 대기 중의 수소 가스와도 반응합니다. 그리고 매일 제한된 양의 OH가 생성되기 때문에 수소 배출량의 급증은 수소를 분해하는 데 더 많은 OH가 사용되어 메탄을 분해하는 데 사용할 수 있는 OH가 적어진다는 것을 의미합니다. 결과적으로 메탄은 대기 중에 더 오래 머무르며 온난화 영향을 확장합니다.
Bertagni에 따르면 수소 생산에 대한 정부 인센티브가 확대됨에 따라 발생할 수 있는 수소 급증의 영향은 지구에 수십 년 동안 기후에 영향을 미칠 수 있습니다.
"지금 대기 중으로 약간의 수소를 방출하면 다음 해에 메탄이 점진적으로 축적될 것입니다."라고 Bertagni는 말했습니다. "수소의 수명이 대기에서 약 2년밖에 되지 않지만 지금부터 30년 후에도 수소로부터 메탄 피드백을 받을 수 있습니다."
이 연구에서 연구원들은 수소 배출이 대기 중 메탄의 증가로 이어져 청정 연료로서의 수소의 단기적 이점 중 일부를 약화시키는 티핑 포인트를 확인했습니다. 그 임계값을 식별함으로써 연구원들은 수소 배출 관리를 위한 목표를 설정했습니다.
Porporato는 "미래 수소 인프라의 설계 및 구현을 알리는 데 사용할 수 있도록 수소 배출에 대한 임계값을 설정하는 데 적극적으로 나서는 것이 중요합니다."라고 말했습니다.
베르타니는 재생 가능한 자원에서 전기를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해하여 생산되는 녹색 수소로 불리는 수소의 경우 수소 배출 임계값이 약 9%라고 말했습니다. 즉, 생산된 녹색 수소의 9% 이상이 대기 중으로 누출되면(생산 시점이든, 운송 중이든, 가치 사슬의 다른 어느 곳이든) 대기 중 메탄은 향후 수십 년 동안 증가할 것입니다. , 화석 연료에서 전환함으로써 얻을 수 있는 기후상의 이점 중 일부를 상쇄합니다.
그리고 후속 탄소 포집 및 저장과 함께 메탄 개질을 통해 생산된 수소를 의미하는 청색 수소의 경우 배출 임계값이 훨씬 더 낮습니다. 메탄 자체가 메탄 개질 과정의 주요 투입물이기 때문에 블루 수소 생산자는 수소 누출 외에도 직접적인 메탄 누출을 고려해야 합니다. 예를 들어, 연구원들은 메탄 누출률이 0.5%로 낮더라도 대기 중 메탄 농도 증가를 피하기 위해 수소 누출을 약 4.5% 미만으로 유지해야 한다는 것을 발견했습니다.
"수소와 메탄의 누출률을 관리하는 것이 중요할 것"이라고 Bertagni는 말했습니다. "만약 소량의 메탄 누출과 약간의 수소 누출이 있다면 적어도 향후 20~30년 동안 생산하는 청색 수소는 화석 연료를 사용하는 것보다 훨씬 낫지 않을 수 있습니다."
연구원들은 대기 중 메탄에 대한 수소의 영향을 고려하는 시간 척도의 중요성을 강조했습니다. Bertagni는 장기적으로(예를 들어, 100년 동안) 수소 경제로의 전환은 메탄 및 수소 누출 수준이 거의 용어 온난화. 결국 그는 대기 가스 농도가 새로운 평형에 도달하고 수소 경제로의 전환이 기후 이점을 입증할 것이라고 말했습니다. 그러나 그 전에 수소 배출의 잠재적인 단기 결과는 돌이킬 수 없는 환경 및 사회 경제적 피해로 이어질 수 있습니다.
따라서 기관이 세기 중반 기후 목표를 달성하기를 희망한다면 Bertagni는 수소 인프라가 구축되기 시작하면서 대기로의 수소 및 메탄 누출을 억제해야 한다고 경고했습니다. 그리고 수소는 제어 및 측정이 매우 어려운 작은 분자이기 때문에 배출량을 관리하려면 연구원들이 가치 사슬 전체에서 수소 손실을 추적하는 더 나은 방법을 개발해야 할 가능성이 높다고 설명했습니다.
Bertagni는 "기업과 정부가 수소를 자원으로 개발하기 위해 돈을 투자하는 것에 대해 진지하게 생각한다면 정확하고 효율적으로 수행하고 있는지 확인해야 합니다."라고 말했습니다. "궁극적으로 수소 경제는 탄소 배출을 줄이기 위한 다른 부문의 노력을 방해하지 않는 방식으로 구축되어야 합니다."
출처 : https://www.sciencedaily.com/