氫能作為一種潛在替代能源，未來有望在全球能源系統脫碳中發揮重要作用，為工業生產、家庭、商業及基礎設施提供動力。

然而，氫能雖有潛力，但仍需謹慎樂觀。氫氣（H?）在大氣中與甲烷、臭氧（污染物）及水汽發生相互作用，可能導致氣候變暖，從而抵消其潛在益處。

一項由奧本大學研究人員聯合主導、發表于國際頂級期刊Nature的新研究表明，要構建“氫能經濟”，必須對全球氫循環有更深入的科學理解，以支持安全、可持續的氫能經濟發展。

與二氧化碳和甲烷等溫室氣體不同，氫氣本身不會在大氣中直接捕獲熱量。但通過與其他氣體的相互作用，氫氣在釋放后的前100年間，其間接加熱大氣的速度約為二氧化碳的11倍，在前20年約為37倍。

研究的第一作者、奧本大學林業、野生動物與環境學院（CFWE）生態系統建模助理教授Zutao Ouyang表示：“這種間接變暖引發了氫氣潛在泄漏的氣候影響擔憂，也凸顯了未來氫能經濟的氣候效益依賴于整個氫價值鏈的泄漏最小化以及天然氣（甲烷）排放的減少?！?/p>

為評估泄漏影響，Ouyang與國際科學家聯盟 Global Carbon Project 合作，首次全面統計全球氫氣來源和去向，評估大氣氫濃度變化及其氣候后果。

該研究題為《全球氫氣預算》（The global hydrogen budget），由 Ouyang 與斯坦福大學教授、Global Carbon Project主席Rob Jackson聯合主導，并與來自法國、澳大利亞、中國、日本、英國、挪威和奧地利等約30家國際機構的研究人員合作完成。

澳大利亞CSIRO環境研究主管兼Global Carbon Project執行董事Pep Canadell 表示：“團隊收集了大氣氫氣的直接測量數據，并進行了迄今最全面的數據收集和建模，以估算氫氣的主要來源與去向，繪制出首個全球氫氣全景圖?！?/p>

研究團隊隨后基于IPCC不同情景，使用簡化地球系統模型預測未來氫排放、去除及大氣濃度變化，并評估這些變化可能對氣候的影響。

自30年前氫氣生產開始增加以來，研究人員估算，從工業化前至2003年，大氣中氫氣濃度增加約70%，隨后短暫穩定，到2010年再次上升。作者發現，這一增加主要源于氫氣生產過程中的泄漏，以及不太為人所知的，由于人類活動導致甲烷排放增加，其氧化反應生成氫氣。

甲烷（CH?）排放——尤其來自化石燃料開采、運輸及使用——對大氣氫濃度有重要但常被忽視的影響。甲烷和氫氣在大氣中共享相同的“清潔”路徑（氧化過程），且甲烷氧化本身會生成氫氣，這種反饋作用會在甲烷排放增加時提高大氣氫濃度，并競爭清除甲烷的“大氣清潔劑”。

盡管目前整體氣候效應相對較小，這些復雜的相互作用仍可能削弱氫能帶來的正面效益。

Jackson 表示：“全球最大的氫氣來源是大氣中甲烷的氧化。但甲烷和氫氣也會競爭大氣清潔劑。這種競爭延長了甲烷在大氣中的生命周期，從而增加間接氣候變暖。氫氣越多，甲烷越多；甲烷越多，氫氣也越多?！?/p>

作者一致認為，如果氫能經濟要被廣泛接受，必須減少氫氣與甲烷間導致的非預期變暖相互作用，以建立公眾和行業對氫能的信任。

Ouyang說：“通過量化氫氣與甲烷之間此前未被考慮的變暖反饋，我們希望改進未來氣候情景，并支持決策者在最小化氫泄漏帶來的經濟損失和氣候風險方面做出更科學的決策?！?/p>

這項研究為政策制定者、行業和科研人員提供了量化證據，可用于設定安全的氫氣與甲烷泄漏閾值、制定有效法規和優先實施成本高效的緩解策略。

CFWE院長Janaki Alavalapati表示：“這項國際研究的重要性不可低估，團隊對氫氣來源與去向及其相關變暖影響的綜合評估，有助于確保全球氫能擴展與氣候安全、可持續能源轉型保持一致。”

研究由Gordon and Betty Moore Foundation、斯坦福大學Doerr可持續發展學院、斯坦福全球甲烷辦公室及奧本大學CFWE資助。