氢气作为一种原料和能源载体具有减缓气候变化的巨大潜力，可被用于工业、交通、能源等多种领域。而氢能的成功发展则可以加速全球向低碳经济过渡，有助于实现《巴黎协定》中将全球变暖限制在2℃以下的目标。目前，世界各地的政策制定者和相关行业已经开始大规模发展氢能，美国能源部于今年6月发布《国家清洁氢能战略和路线图》，提出了加速清洁氢能发展的综合框架与路线图，德国、日本、澳大利亚等国也相继发布氢能相关的政策与战略。然而，氢气作为一种容易泄漏的气体，具有间接的温室效应：它会延长大气中甲烷的寿命，也能够通过连锁反应产生对流层臭氧和平流层水蒸气，这些都将加剧地球变暖。目前，相关研究对于氢气泄漏问题的关注点仍然是氢系统的安全性，缺乏对氢气排放气候影响的重视。因此，氢的广泛部署能否帮助实现期望的气候目标，重点取决于氢气的生产、管理和使用方法。
研究表明：如果处理得当，氢气能够带来真正的气候效益
在低氢气排放的情况下，绿氢（可再生能源电解水生产的氢气）几乎不会产生气候影响，蓝氢（化石燃料制氢+CCS）产生的气候影响也可以大大减少（同时甲烷排放也很少的情况下）。这意味着，要实现氢气的最大气候效益，需要采取措施防止整个产业链（即生产、转化、长输/输配、储存和终端利用）中的氢气逃逸。
目前，行业中氢气检测的关注点是安全性，仅能检测到具有爆炸风险的大量氢气泄漏，缺乏能够准确、快速检测出低浓度（ppb级）氢气泄露的传感器——我们无法量化具体有多少氢气被排放到了大气中。过去的二十年中，一些研究试图估算全部或部分产业链的氢气排放量。EDF最新发表的论文梳理了这些研究成果，发现目前对于全产业链氢气排放率，估算的数值区间非常大。因此，业内亟需开发高精度的氢气检测设备，以量化氢气排放的气候风险。
氢气排放可能发生在产业链的任何环节
氢气系统的氢气排放可分为有意和无意排放（或称为操作性和逃逸性排放）：有意排放包括操作过程中的吹扫和放空；无意排放包括管道工程（管道、阀门、接头、密封件等）和设备的泄漏，管道的扩散，从储存的地方（如压缩气罐或液氢罐、盐穴和枯竭的油气田）渗透，排气中残余的氢气以及液氢的自然气化。具体如下图所示：
图注：全产业链中潜在的氢气排放源
全产业链中的氢气排放率难以精确量化
由于缺乏直接测量措施，目前全产业链中氢气的排放率都是通过假设、计算、实验以及模型来估算的，这也导致了产业链各环节氢气排放率的估算范围都非常大。
其中，与液氢相关的排放率范围最大，因为液氢非常容易气化，具体而言，氢液化为0.15%-10.0%，液氢卡车运输为2.0%-13.2%，液氢处理（如装卸过程）为2.0%-20%，液氢加注站为2.0%-15.0%。
准确测量氢气排放是实现气候效益的关键
准确测量氢气排放具有多重好处：首先，它将支持化学-气候模型的改进，帮助理解氢气部署对气候的潜在影响；第二，对产业链特定环节的实地测量能够使我们准确计算氢气的温室效应，从而改善氢气系统的生命周期评估，更好地与其他气候解决方案对比；第三，测量将有助于确定主要的排放源和减排机会，以采取最佳应对措施。如果能够对氢气排放进行准确测量，我们就可以提出针对性的解决方案，在未来将要部署的氢能基础设施中将氢气排放降到最低，这对于最大限度地发挥氢气系统的气候效益至关重要。
技术突破：新型氢气传感器实地检测取得成功
值得欣喜的是，氢气排放测量技术已经取得积极进展，在美国能源部的资助下，Aerodyne Research 公司开发出了一种氢气传感器原型，该传感器精度高、测量频率高，可在几秒钟内检测出数十ppb级别的氢气。利用该新型氢气传感器，我们首次实现了微量氢气泄漏的实地测量。
EDF科学家们与Aerodyne和康奈尔大学合作在科罗拉多州立大学进行了试验，驾驶装备该传感器的研究车，在遍布油气设备且释放定量氢气的草地试验场上行驶，该传感器成功地检测到了空气中的数十ppb级别的氢气浓度升高，并计算出氢气的排放量，这是氢气排放检测和量化的一个突破。
未来中国如何最大化氢气的气候效益
当前，中国也十分重视氢能产业的发展，将氢能视为未来国家能源体系的重要组成部分。今年8月，国家标准委等部门联合印发《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》，推动建立氢能全产业链的标准体系，其中也提到要制定氢系统泄漏率测试方法的相关标准。为了加强对氢气排放气候影响的重视，最大限度的发挥氢气系统的气候效益，我们提出如下建议：
第一，在低碳技术研究和政策决策中考虑氢气的气候影响。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，科学界对于氢气的全球升温潜势已达到基本共识。虽然氢气的排放量未知，但可以在氢能技术的评估中考虑估计的排放量， 从而量化可能的气候影响。
第二，研发高精度的氢气检测设备。目前氢气全产业链的排放量数据仍然缺乏，亟需开发出检测迅速的高精度（如ppb级）氢气检测设备，从而确定整个产业链中氢气的排放源及排放量，量化氢气排放的气候风险。
第三，确定减少氢气排放的措施，推广最佳实践。例如，采用制氢加氢一体站等形式，尽量缩短氢气生产和利用的距离，从而减少运输阶段的排放。
