氢能气候效应评估框架构建及其在钢铁、天然气等行业的减排潜力分析

本研究针对氢能(H2 )作为能源载体时其自身气候影响常被忽视的问题，构建了包含CO2 、CH4 等非CO2 排放的综合评估框架。通过比较蓝氢(CCS技术)与绿氢(可再生能源电解)在不同泄漏率(0-10%)下对钢铁制造、天然气替代等场景的全球变暖潜势(GWP100/GWP?)，揭示了氢能应用的气候效益高度依赖行业选择、生产工艺与泄漏控制，为氢能战略部署提供科学依据。

　　

随着全球能源转型加速，氢能(H₂
)被视为实现碳中和的关键载体，但其作为间接温室气体的气候效应长期被低估。分子氢在大气中会延长甲烷(CH₄
)寿命并促进臭氧生成，最新研究显示其百年尺度全球变暖潜势(GWP100)高达12。然而，现有评估往往忽略氢能全价值链泄漏及其对不同行业减排效果的差异化影响，亟需建立系统化的气候效应评估框架。

针对这一科学空白，挪威国际气候与环境研究中心(CICERO)的Marit Sandstad团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，构建了首个整合CO₂
与非CO₂
排放的氢能气候效应评估模型。研究创新性地采用GWP100与动态GWP?双指标体系，量化比较了绿氢(零排放电解)与两种蓝氢(CCS效率分别为1kg和3.38kg CO₂
/kg H₂
)在钢铁、天然气、工业原料等四大领域的减排效益差异。

关键技术方法包括：1)基于CEDS排放数据库提取2019年行业基准数据；2)建立氢能全价值链泄漏模型(0%/1%/5%/10%)；3)应用GWP?动态指标评估短寿命气候强迫因子(SLCF)的时效性影响；4)结合DNV能源预测数据构建2050年前氢能部署情景。

研究结果揭示：

1. 行业差异显著
   钢铁行业单位氢能减排效益最高(21kg CO₂
   -eq/kg H₂
   )，因其可同时替代焦炭的化学还原与能源功能；而天然气替代效益最低，10%泄漏率下蓝氢甚至产生负效益。

2. 泄漏率是关键阈值
   当氢能泄漏超过5%时，绿氢在能源领域的气候优势消失；蓝氢在欧盟合规标准(3.38kg CO₂
   /kg H₂
   )下，仅钢铁行业能保持正效益。

3. 动态评估揭示时间效应
   采用GWP?指标发现，氢能部署初期因甲烷等SLCF的快速响应会产生显著温控效益，但20年后主要依赖CO₂
   减排的持续作用。

结论指出，氢能战略应优先部署钢铁等高效领域，严格控制蓝氢生产的甲烷泄漏(<1.9×10^-2
Tg CH₄
/Tg H₂
)，并将价值链泄漏率压制在1%以下。该框架为政策制定者提供了量化工具，证明行业选择比生产工艺更能决定氢能的净气候效益。研究同时警示，当前欧盟对蓝氢的宽松排放标准(3.38kg CO₂
/kg H₂
)可能导致气候负效应，亟需修订。

这项研究首次系统解构了氢能气候效应的多维影响因素，其提出的"行业-生产-泄漏"三维评估模型，为全球氢能经济的可持续发展提供了关键科学支撑。未来研究可进一步纳入臭氧耗损潜能(ODP)等环境指标，完善氢能的全生命周期评估体系。