Ученые из Оксфордского, Даремского и Торонтского университетов опубликовали исследование, указывающее на значительный потенциал природного водорода, залегающего в земной коре, как важного источника чистого топлива, особенно для отраслей, трудно поддающихся декарбонизации, например, сталелитейной промышленности.
В обзоре, опубликованном в журнале Nature Reviews Earth & Environment, Крис Дж. Баллентайн, Рута Каролите, Анран Ченг, Барбара Шервуд Лоллар, Джон Г. Глуяс и Майкл С. Дейли исследуют процессы накопления водорода в земной коре. Выделяются два ключевых механизма его образования: реакции воды с горными породами, в ходе которых двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, особенно в ультраосновных породах (магматических и метаморфических с низким содержанием кремнезема), и радиолиз воды под воздействием радиоактивных элементов, таких как уран, торий и калий. Радиолиз представляет собой расщепление молекул ионизирующим излучением, приводящее к образованию новых химических соединений.
Эти два процесса протекают в совершенно разных временных масштабах: от тысяч до миллионов лет для реакций воды с породой и от десятков до сотен миллионов лет для радиолиза. Различные типы геологических формаций по всему миру обладают потенциалом для накопления водорода, и его добыча будет иметь низкий углеродный след. Однако системы континентальных пород не обладают способностью к регенерации, следовательно, такой водород не является возобновляемым ресурсом. Кроме того, расчеты объемов генерации водорода в результате реакций воды с породой сопряжены с большей неопределенностью, чем при радиолитических реакциях.
Тем не менее, исследование показывает, что в земной коре, вероятно, существует достаточное количество скоплений природного водорода, чтобы обеспечить человечество чистой энергией примерно на 170 000 лет, если сравнивать с текущими объемами потребления ископаемого топлива. При этом остается неизвестным, какая часть этого водорода находится в населенных районах, была утеряна или уже потреблена, поэтому можно с уверенностью заключить, что определенная доля этого ресурса будет не извлекаемой.
Это относительно новое открытие, учитывая, что до сих пор отбор проб и измерение концентраций водорода в земной коре были ограничены из-за недостаточного научного понимания его реальных объемов и местоположений. Однако исследователи разработали стратегию для оценки этих запасов.
Соавтор исследования, профессор Джон Глуяс из Даремского университета, поясняет, что ими успешно разработана стратегия разведки гелия, и аналогичный подход «от первых принципов» применим и к водороду.
Эта стратегия будет включать оценку доступных объемов водорода и типов пород, в которых он залегает, путей миграции водорода из этих пород для формирования «карманов», условий, способствующих образованию таких скоплений, и процессов, разрушающих водород. По словам соавтора исследования, профессора Барбары Шервуд Лоллар из Университета Торонто, эти процессы включают поглощение водорода подземными микроорганизмами, поэтому важно избегать участков, где это происходит.
В местах обнаружения таких «карманов» водород можно будет извлекать путем бурения скважин, аналогично методам добычи геотермальной энергии. Это поможет полностью исключить более вредные для окружающей среды способы производства водорода, такие как его получение из ископаемого топлива. Хотя производство водорода с использованием возобновляемых источников энергии, например, ветряных и солнечных электростанций, методом электролиза также является перспективным направлением, в настоящее время оно все еще остается достаточно дорогостоящим.
Ведущий исследователь, профессор Крис Баллентайн с факультета наук о Земле Оксфордского университета, утверждает, что один успешный и воспроизводимый «рецепт» разведки откроет коммерчески конкурентоспособный, низкоуглеродный источник водорода, который внесет значительный вклад в энергетический переход. Он выражает уверенность, что у команды есть необходимый опыт для объединения этих «ингредиентов» и нахождения такого «рецепта».
Исследовательская группа уже основала специализированную геологоразведочную компанию Snowfox Discovery Ltd, целью которой является поиск этих природных скоплений водорода.
