近日，EDF的科学家们在Environmental Science & Technology杂志上发表了一项最新研究，指出当前用于评估氢气气候影响的方法很容易出现误判，因为现有方法忽视了一些关键因素。该研究重新分析了之前发布的生命周期评估（LCA）方法，结果显示，当考虑氢气排放的增温效应、实际的甲烷排放强度和近期的时间尺度时，氢气部署对气候的影响可能远大于预估，这降低了氢气替代化石燃料后的预期气候效益。研究人员表示，随着各国政府、投资者和工业界都希望氢能能够帮助实现气候目标，正确评估氢气对气候的影响至关重要。 

图1: 氢气对气候影响的因素

氢气排放到大气中会通过化学作用增加大气中其他短寿命温室气体的含量，包括甲烷、对流层臭氧和平流层水蒸气 （三种短生命期温室气体），从而在短期内产生强烈的间接温室效应。目前对于氢气排放气候影响的基础科学研究已经逐渐成熟，科学界对于氢气的间接温室效应已逐渐达成共识。氢气的全球变暖潜能值（GWP）在100年内约为12，在20年内约为 35~40。这一因素需要被充分考虑，才能了解大规模部署氢气对气候的影响。

如果使用配备碳捕集的天然气制氢，上游天然气开采和运输中产生的甲烷排放也需要被纳入氢气气候影响的评估中，而目前的生命周期评估低估了甲烷的排放强度。鉴于过去十年来对甲烷排放的地面、空中和卫星测量大大提高了我们对甲烷排放的认识，因此有必要对甲烷排放进行更准确的估算。在短期内，高于预期的甲烷排放量可能会削弱采用氢气技术替代化石燃料所带来的气候效益。

当前的气候影响评估框架通常使用100年时间尺度的全球升温潜能值（GWP100），来计算温室气体排放的长期增温效应。然而，对于具有短期增温效应的温室气体，如甲烷和氢气，只评估100年时间尺度的增温效应会掩盖其近期对气候的影响。

图2: 2050年不同领域中氢气相对于化石燃料的生命周期气候影响

对于蓝氢（化石燃料制氢+碳捕集），如果氢气和上游甲烷的排放量极高，那么与化石燃料相比，蓝氢实际上可能会使近期的升温幅度增加多达50%。但如果氢气和甲烷排放极低，那么与化石燃料相比，蓝氢对气候变暖的影响可能会减少70%以上。

此外，蓝氢生产中的碳捕集率也会影响其气候效益，之前评估采用的碳捕集率是98%，这一比率暂时在实际生产中尚未实现，目前在天然气制氢厂实际运行的碳捕集设备只能去除30-60%的CO2排放。如果采用较低的60%捕集率，蓝氢的气候效益在短期内将减少15-50%，在长期内将减少20-60%。

对于绿氢（可再生能源电解水制氢），在氢气排放率低的情况下，绿氢系统对气候的影响能够比化石燃料改善91-94%；而在高排放率的情况下，绿氢系统对气候的影响只能比化石燃料技术改善66-82%。这意味着，较高的氢气排放率（10%）会使其近期的气候效益减少高达25%。

此外，该研究还表明，缺乏可再生电力资源也会进一步降低氢气部署的预期气候效益。要确保绿氢开发的气候效益，就必须在电力系统中额外增加可再生能源电力。否则，由于绿氢设施用电需求的增加，原本使用现有可再生电力的用电设施需要转用其他电力来源，可能包括天然气或煤炭等化石能源，从而导致绿氢预期的气候效益完全消失，甚至使系统层面的排放量增加3倍。

“在发展氢经济的过程中，我们面临着一个非常现实的机遇，即确保全球氢能项目的巨大投资能够产生我们所追求的气候效益，并避免意外的气候后果。我们需要强有力的评估方法和数据，以确保在实践中实现这些潜力，”EDF高级气候科学家 Ilissa Ocko说。

EDF首席科学家Steven Hamburg表示：“我们正在塑造未来清洁能源系统格局，这将对之后几十年产生影响。在许多情况下，氢气可以成为一种有效的去碳化工具，但前提是我们必须确保将氢气对气候的影响降到最低。这就要求我们加强包括氢本身在内的温室气体的排放核算。”

为了帮助推动科学发展并确定最佳实践，最大限度地发挥氢气系统的效益，EDF正在与 Aerodyne Research公司、学术界专家和氢能行业带头企业合作，利用新的传感器技术开始测量氢气设施的实际排放量。随着市场越来越意识到测量和减少价值链上的排放的必要性，这项技术将在更好地理解氢气排放挑战并最终提供解决方案方面发挥关键作用。