绿色氢能生产能否帮助海洋“死亡区”复苏?

绿色氢的生产会产生大量多余的氧气。我们能否利用这些氧气来振兴海洋?
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所谓的绿色氢是通过使用可再生能源将水分子分解成氢和氧而制成的。 DepositPhotos

本文最初发表于 Hakai Magazine,这是一个关于沿海生态系统中的科学与社会的在线出版物。请访问 hakaimagazine.com 阅读更多类似的文章。

道格拉斯·华莱士(Douglas Wallace)当时正在加拿大圣劳伦斯湾的一艘研究船上,这时他听到了一个消息:加拿大总理贾斯汀·特鲁多(Justin Trudeau)在附近的纽芬兰省斯蒂芬维尔(Stephenville)会见了德国总理奥拉夫·朔尔茨(Olaf Scholz)。在他们2022年8月的会晤中,两位领导人确定了加拿大向德国供应氢气的承诺。他们选择在斯蒂芬维尔宣布“加拿大-德国氢能联盟”,因为该镇是拟议中的World Energy GH2项目的所在地,该项目将利用风能生产氢气。

这一声明让两国领导人得以展示他们旨在增加所谓绿色氢气的供应量并减少德国对俄罗斯石油依赖的共同目标。但对华莱士来说,这个消息却引发了另一个想法。

作为加拿大达尔豪西大学(Dalhousie University)的一名海洋学家,华莱士当时正在海上追踪溶解氧如何从大西洋通过海湾进入圣劳伦斯河,以及某些地方的缺氧如何导致低氧“死亡区”的形成。他特别担心一个异常大且持续存在的死亡区,它已经占据了圣劳伦斯河河口附近的魁北克省里穆斯基(Rimouski)附近。因此,当他听说加拿大将要加大氢气的生产——通过电解水分子产生氢气和氧气来实现——他不禁想到:所有这些多余的氧气是否能帮助死亡区重焕生机?

对于陆地上的人们来说,很容易认为充沛的氧气是理所当然的。但华莱士说,在水下,持续的低氧区域是“栖息地的基本控制因素”。

随着全球变暖,海洋正在失去氧气。自20世纪50年代以来,它们已经失去了约2%的氧气,预计到本世纪末这一比例可能达到4%。这种损失可能是由于过多的营养物质径流造成的,就像墨西哥湾密西西比河河口那个巨大的死亡区一样,也可能是由于气候变化驱动的海洋环流改变造成的——这很可能是圣劳伦斯湾死亡区的原因。

水中的氧气过少会导致海洋生物多样性减少,因为动物要么离开该区域,要么死亡。华莱士说,在圣劳伦斯湾——死亡区的面积自2003年以来已增长了近七倍,覆盖了约9000平方公里——氧气水平的下降已经影响了许多具有商业重要性和濒危的物种,如鳕鱼、比目鱼和北方虾。“圣劳伦斯湾深水区域约有15%的区域接近许多海洋动物难以生存的阈值,”他说。

目前,科学家们对修复海洋死亡区几乎无能为力。在较小的水体中,如湖泊和水库,管理者可以将富含氧气的水从表层泵入缺氧的深层区域。但海洋太大了,无法进行人工搅动。华莱士想,也许他可以将氢气生产过程中产生的氧气设法泵入海湾。

他的计算表明这是可行的。拟议中的斯蒂芬维尔工厂将产生超过足够的氧气来弥补海湾每年损失的氧气。华莱士关于氧气在区域内如何移动的实验表明,在斯蒂芬维尔附近泵入海湾的氧气将在几年内到达数百公里外的里穆斯基死亡区。

World Energy GH2的首席执行官肖恩·利特(Sean Leet)表示,公司正在积极研究氢气工厂产生的氧气的用途,并已与华莱士会面讨论此想法。他表示,公司将支持进一步的研究和讨论,探讨如何在实践中实施。

然而,即使利特对此感兴趣,华莱士的充氧方案的有效性也远未确定。

首先,华莱士的计划依赖于大规模氢气生产的存在。 虽然斯蒂芬维尔工厂似乎在按计划建设,但研究约克大学(York University)可持续能源和气候变化的马克·温菲尔德(Mark Winfield)表示,总的来说,氢气市场的未来并不确定。他认为,市场“比一些人想象的要小,向氢能过渡也会比他们想象的要困难。”

温菲尔德说,氢燃料电池仍然非常昂贵,而且在许多方面——例如在交通脱碳方面的竞赛——氢能已经输掉了。氢气作为燃料,最适合那些难以电气化的工业应用,如水泥和钢铁生产。但目前还没有建成氢气动力的高炉。温菲尔德说:“市场完全不成熟,需求也没有增长。”

他补充说,在许多情况下,用可再生电力生产氢气,不如直接将电力输送到电网。

然而,利特反驳说,欧洲——特别是德国、荷兰和比利时——可能对氢气有巨大的市场需求,应用于钢铁制造、重工业、航空和船舶燃料。他表示:“他们对清洁燃料的需求远远超过加拿大和其他国家能够供应的。”

华莱士说,除了关于氢气制造未来的重大问题外,向死亡区充氧还需要克服许多悬而未决的工程挑战和环境问题。这包括弄清楚如何准确地捕获氧气并将其输送到深海。但华莱士说,这些并非不可逾越的挑战; 公司已经在较小的规模上对湖泊做了类似的事情

华莱士还希望确定向水中泵入大量氧气会对当地生态系统产生何种影响,并找出如何微调一个过程,该过程在添加氧气和氧气到达死亡区之间有数年的滞后期。华莱士说:“我们真的想在仓促行动之前进行一个小型的、受控的试点项目。”

虽然生产氢气的公司可能会欢迎氧气的市场,但这种潜在的有价值的副产品目前没有明确的买家,尚不清楚这如何能为他们带来收入。华莱士建议采用一种类似碳信用额的信贷形式,但所有细节仍需敲定。

尽管存在不确定性,华莱士认为这是一个值得探索的途径。“存在风险,但海洋部分区域变得不适宜居住也存在风险,”他说。“这些是难题,但我们不能回避它们,特别是当我们有机会采取行动时。”

本文首次发表于 Hakai Magazine,经许可在此转载。

 

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