全球氢气的来源与去向

氢气作为能源载体，在重工业、交通脱碳及长时储能中备受关注。理论上，可再生能源电解制氢可实现近零碳排放，故众多能源情景预测本世纪氢气产用量大幅增长。但目前氢气生产能耗高、温室气体排放量大，超90%为“灰色氢”，主要源于蒸汽甲烷重整或煤气化等碳密集过程。在净零情景中，预计向低碳氢气转型，即“绿色氢”（可再生电力电解）和“蓝色氢”（化石燃料重整+碳捕集），2030-2040年将主导生产。

大气中过量氢气会引发气候问题。尽管其寿命较短（1.9-2.7年），但通过消耗甲烷的关键汇——羟基自由基（OH），间接延长甲烷寿命，还会生成臭氧、平流层水汽等温室气体，影响气溶胶和云的形成，20年和100年全球变暖潜能值分别为37±18和11±4。

研究分析了1990-2020年全球氢气源汇趋势，并构建2010-2020年收支。1990-2020年氢气源增加，主要源于甲烷和人为非甲烷挥发性有机物（NMVOC）氧化、生物固氮及氢气生产泄漏；汇随大气氢气浓度上升而增加。2010-2020年全球氢气源和汇年均值分别为69.9±9.4太克/年和68.4±18.1太克/年。光化学氧化（占源的56%）是最大源，土壤吸收（占汇的73%）是最大汇。

区域上，热带地区贡献约60%的排放量，非洲和南美洲源汇最大，东亚和北美化石燃料燃烧排放最多。2010-2020年大气氢气浓度上升导致全球地表气温（GSAT）上升0.02±0.006°C。未来共享社会经济路径（SSP）情景中，氢气对GSAT的影响取决于氢气使用量、泄漏率及甲烷排放，预计维持在0.01-0.05°C。