英国东安格利亚大学研究全球氢气排放加剧气候变化影响

东安格利亚大学与其他国际机构合作的最新研究表明，过去三十年中全球氢气排放量的增长加剧了温室气体甲烷对气候的影响，进一步推动了气候变化的进程。

尽管氢气常被视为一种清洁能源，但近期发表在《自然》期刊上的一篇论文揭示，自1990年以来，大气中的氢气浓度持续攀升，主要源于人类活动的影响。该研究由全球碳计划组织撰写，是迄今对氢气来源与去向最为全面的评估之一，研究团队警告，这一趋势可能对全球气候目标的实现构成日益严峻的挑战。

此项研究由美国斯坦福大学与奥本大学的气候科学家领衔开展，东安格利亚大学环境科学学院的研究人员则聚焦于海洋通量及野火对大气氢气的贡献。“氢气作为世界上最小的分子，极易从管道、生产设施及储存设施中逸出，”斯坦福大学教授、论文第一作者罗布·杰克逊指出，“减少氢致暖化的关键在于防止泄漏并降低甲烷排放，因为氢气是甲烷在大气中分解的产物之一。”

氢气如何加剧甲烷作用

氢气本身虽非直接捕捉热量的温室气体，但其通过与大气中其他气体的复杂相互作用，在排放后的100年内间接产生的增温效应，约相当于二氧化碳的11倍；若以20年尺度计算，其增温潜力更达二氧化碳的37倍。

东安格利亚大学环境科学学院教授帕瓦达·孙塔拉灵加姆解释道：“大气中氢气浓度上升的主要驱动力，来自甲烷及相关化合物在大气中的化学分解。这一过程不仅产生氢气，也进一步放大了其对气候的影响。本研究系统梳理了氢气在大气中的来源与去向，揭示其近年来的变化特征。理解这些通量至关重要，因为它们直接关系氢气浓度的变化及其最终气候效应。”

该学院另一位专家、野火研究学者马特·琼斯博士补充道：“野火释放出大量氢气，其排放量随火灾活动在年份间波动显著，尚未呈现明显趋势。然而在气候变暖背景下，未来野火频发可能进一步增加这一来源的贡献。”

削弱大气自净能力

氢气对全球变暖的核心影响在于其会消耗大气中的天然“清洁剂”——羟基自由基，而这些物质正是分解甲烷的关键。“更多氢气意味着更少清洁剂，导致甲烷在大气中存留时间延长，进而加剧气候暖化，”奥本大学生态系统建模助理教授、论文通讯作者欧阳祖涛指出。欧阳博士此前在斯坦福大学杰克逊教授实验室从事博士后研究时启动了此项工作。

除延长甲烷寿命外，氢气与羟基自由基的反应还会生成臭氧、平流层水蒸气等温室气体，并可能影响云层形成，共同加剧温室效应。研究估计，从工业革命前到2003年，大气中氢浓度已增长约70%，在2010年前后短暂稳定后再度上升。

人为排放主导增长

1990至2020年间，氢气排放的增长主要源于人类活动。其中最重要的来源是甲烷等化合物的化学分解——随着化石燃料使用、农业活动及垃圾填埋产生的甲烷排放不断增加，其分解产生的氢气也相应上升。这一过程形成恶性循环：更多甲烷产生更多氢气，更多氢气又抑制甲烷的分解，使其对气候的影响持续更久。

“大气氢浓度升高的最主要驱动因素，正是不断增加的甲烷氧化过程，”研究人员强调。自1990年以来，仅此来源的年排放量已增长约400万吨，至2020年达到每年2700万吨。其他重要人为来源包括工业制氢过程中的泄漏，以及豆科作物固氮作业所产生的排放。

相比之下，野火等自然来源的氢气排放虽年际波动显著，但在1990至2020年间未呈现系统性上升趋势。

能源转型中的隐忧

该研究整合多源数据与模型，对截至2020年的十年间进行了细致分析。结果显示，期间约70%的氢气排放通过土壤微生物过程被吸收——这些微生物以氢气作为能量来源。总体而言，自工业革命以来，大气中氢气积累对全球约1.5摄氏度的升温贡献了约0.02摄氏度。

“氢气浓度上升导致的增温效应，相当于一个工业化国家——例如法国——历史累积排放所产生的气候影响，”欧阳祖涛与杰克逊等学者指出。这一升温贡献若持续扩大，可能削弱以氢气替代化石燃料本应带来的气候效益。尽管氢气长期以来被政界、产业界与学术界视为重工业及交通领域具潜力的清洁替代能源，但其生产目前仍高度依赖高碳工艺：超过90%的氢气通过煤气化或蒸汽甲烷重整制取，碳足迹显著。

然而，理论上若能以可再生能源规模化生产低碳氢气，其仍被视为未来数十年能源系统脱碳的关键路径之一。“我们必须更深入理解全球氢循环及其与气候变暖的关联，才能确保氢能经济安全、可持续地发展，”杰克逊教授总结道。