Глубоко под земной корой скрывается энергетический клад, о котором человечество даже не догадывалось. Ученые из Оксфордского, Даремского университетов и Университета Торонто обнаружили, что земная кора содержит колоссальные запасы природного водорода, способные обеспечить энергетические потребности человечества на 170 000 лет. Самое поразительное, что этот водород образуется естественным путем, не требует сложного производства и не создает вредных выбросов при использовании.
Природная фабрика чистой энергии
Природный водород формируется глубоко под землей благодаря процессу серпентинизации – химической реакции, происходящей, когда богатые железом горные породы, такие как оливин, контактируют с подземными водами. Железо "крадет" кислород из воды, образуя оксиды железа и высвобождая водород.
"Мы разработали четкую стратегию разведки для гелия, и такой же подход "от первых принципов" можно применить для водорода", – отмечает соавтор исследования профессор Джон Глуяс из Даремского университета. Ученые определили ключевые ингредиенты для поиска различных "водородных систем": сколько водорода производится, в каких типах пород и при каких условиях это происходит, как водород мигрирует под землей, какие условия позволяют образоваться газовому месторождению и какие факторы могут его разрушить.
За последний миллиард лет континентальная кора Земли выработала достаточно водорода, чтобы удовлетворить энергетические потребности человечества на 170 тысяч лет. Значительная часть этого газа остается запертой под землей, неиспользованной и без выбросов.
Одно из крупнейших открытий произошло во Франции, где геологи случайно наткнулись на потенциально крупнейшее известное на сегодня месторождение – до 250 миллионов тонн 98% чистого водорода. Жак Пиронон, руководитель лаборатории GeoRessources Лотарингского университета, обнаружил водород, во время поисков метана в угольных пластах бывшей шахтерской зоны.
Глобальная гонка за "белым золотом"
Малийская деревня Буракебугу к северу от столицы Бамако стала первым местом, где природный водород используется регулярно. Месторождение было обнаружено случайно, когда сигарета инженера, копавшего колодец, вызвала небольшой взрыв. С 2012 года компания, основанная бывшим малийским кандидатом в президенты Алиу Диалло, добывает водород из скважины со скоростью около 50 000 кубических футов в день. Газ питает небольшую турбину, которая генерирует электроэнергию для 1500 жителей деревни.
Успешное бурение компаниями в Небраске и Канзасе поощрило других. Билл Гейтс через Breakthrough Energy Ventures в прошлом году присоединился к инвестиции в размере 91 миллиона долларов в стартап Koloma из Колорадо, который ищет водород вдоль 1200-мильного Срединно-континентального разлома к югу от озера Верхнее, через Висконсин и в Канзас.
Глобальный спрос на водород в 2023 году достиг 97 миллионов тонн, рост на 2,5% по сравнению с 2022 годом. Однако производство водорода с низким уровнем выбросов остается ниже 1% от общего производства водорода. По данным Международного энергетического агентства, к 2050 году мировое потребление водорода возрастет как минимум в пять раз.
Препятствия и вызовы
Несмотря на оптимистичные прогнозы, остаются значительные препятствия. Профессор Барбара Шервуд Лоллар из Университета Торонто объясняет: "Мы знаем, например, что подземные микробы охотно поедают водород. Избегание сред, которые приводят их в контакт с водородом, важно для сохранения водорода в экономических накоплениях".
Водород является чрезвычайно легким газом, и долгое время считалось, что он быстро просачивается в окружающие породы или атмосферу, никогда не накапливаясь в полезных количествах. Стюарт Хазельдин, геолог из Эдинбургского университета, остается скептиком: "Водород очень утекает. Он утекает почти так же быстро, как производится, и конечно, за геологическое время он не накопился в значительной степени".
Также существуют экологические предостережения. Некоторые водородные месторождения содержат метан – мощный парниковый газ. Любые выбросы или сжигание этого метана могли бы быстро уменьшить преимущества водорода с нулевым содержанием углерода. Кроме того, хотя водород сам по себе не является парниковым газом, он обладает косвенными нагревательными свойствами. Часть высвобождаемого водорода будет реагировать с атмосферным соединением гидроксилом, создавая озон, который в нижней атмосфере является парниковым газом.
Новая эра энергетики
Разведка и использование природного водорода могут стать переломным моментом в глобальном энергетическом переходе. Сейчас водород является $135-миллиардной глобальной индустрией, которая используется для производства удобрений и других необходимых химикатов, поддерживающих современную жизнь. Ожидается, что к 2050 году рынок вырастет до $1 триллиона.
Сейчас почти весь водород происходит из углеводородов, что вызывает около 2,4% глобальных выбросов углекислого газа. Спрос, как ожидается, возрастет с 90 миллионов метрических тонн в 2022 году до примерно 540 миллионов метрических тонн к 2050 году, поэтому нахождение способа производить водород без добавления большего количества CO2 является критическим.
Природный водород может стать ключом к решению этой проблемы, предлагая путь к чистой энергии без выбросов углерода. Как отметил ведущий автор исследования профессор Крис Баллентайн из Оксфордского университета: "Один успешный рецепт разведки, который можно повторить, откроет коммерчески конкурентоспособный, низкоуглеродный источник водорода, который значительно будет способствовать энергетическому переходу".
