В современном мире надежные поставки газообразного водорода жизненно важны для функционирования общества. Удобрения, произведенные на основе водорода, обеспечивают продовольствием половину населения планеты, также водород является ключевым энергетическим компонентом многих планов по переходу к углеродно-нейтральному будущему, что крайне важно, если мы хотим предотвратить самые худшие прогнозы изменения климата.
Сегодня водород производится из углеводородов, при этом на долю выхлопных газов приходится 2,4 % глобальных выбросов CO2. Спрос на водород вырастет с 90 миллионов тонн в 2022 году до 540 миллионов тонн в 2050 году, но крайне важно, чтобы этот водород не выделял CO2. Производство с последующим захоронением отработанного CO2 («секвестрация углерода») или использование возобновляемых источников энергии (ветра или солнца) — оба способа существуют, но пока не являются коммерчески конкурентоспособными.
Новое исследование Оксфордского университета предлагает решение этой проблемы, сообщает научное издание EurekAlert!. За последний миллиард лет в континентальной коре Земли образовалось достаточно водорода, чтобы обеспечить потребности человечества в энергии как минимум на 170 000 лет. Хотя часть этого газа была потеряна, израсходована или недоступна сегодня, оставшийся водород может стать естественным (и не вызывающим выбросов) источником этого природного ресурса.
До сих пор недостаточное количество исторических данных и измерений водорода ограничивало текущее понимание учеными того, где и сколько водорода находится в земной коре. Методика разведки имеет решающее значение для поиска доступных и коммерчески выгодных скоплений природного геологического водорода. Соавтор исследования профессор Джон Глуяс отмечает: «Мы успешно разработали стратегию разведки гелия, аналогичный подход может быть использован и для водорода».
В этом исследовании описываются ключевые компоненты, необходимые для разработки стратегии поиска различных «водородных систем». К ним относятся количество производимого водорода, типы пород и условия их залегания, миграция водорода под землей из этих пород, условия, позволяющие сформироваться газовому месторождению, и условия, разрушающие водород.
Соавтор исследования профессор Барбара Шервуд Лоллар сказала: «Мы знаем, например, что подземные микробы охотно питаются водородом. Избегание среды, в которой они контактируют с водородом, важно для его сохранения в промышленных масштабах». Авторы также описывают эффективность реакции горных пород — то, как геологическая история может объединить нужные породы с водой, которая вступает с ними в реакцию.
Некоторые источники газообразного водорода, например, из мантии Земли, вызывают много слухов и гиперболизации, но данное исследование показывает, что они не являются жизнеспособными. Вместо этого компоненты полноценной водородной системы можно найти в целом ряде распространенных геологических условий в земной коре. Некоторые из них могут быть геологически довольно молодыми, образующими водород «недавно» (от миллионов до десятков миллионов лет), другие — действительно древними (сотни миллионов лет) — но в целом они встречаются по всему миру.
Ведущий автор работы профессор Крис Баллентайн сказал: «Сочетание компонентов для поиска накопленного водорода в любой из этих областей можно сравнить с приготовлением суфле — ошибитесь с любым из ингредиентов, количеством, временем или температурой, и вы будете разочарованы. Один успешный рецепт разведки, который можно повторить, откроет коммерчески конкурентоспособный низкоуглеродный источник водорода, который внесет значительный вклад в энергетический переход — у нас есть необходимый опыт, чтобы объединить эти ингредиенты и найти такой рецепт».
Ниже приведены основные выводы исследования, опубликованного в журнале Nature Reviews Earth & Environment.
- Ученые Оксфордского университета подробно описали геологические компоненты, необходимые для поиска чистых источников природного водорода в земной коре.
- В работе подробно описаны требования к природному водороду, который вырабатывается самой Землей в течение геологического времени и накапливается в земной коре, а также указано, что такие геологические среды широко распространены по всему миру.
- Водород — это отрасль стоимостью 135 миллиардов долларов, необходимая для производства удобрений и других важных для общества химикатов, а также важнейший источник чистой энергии для будущих технологий с низким уровнем выбросов углекислого газа, объем рынка которого к 2050 году оценивается в 1000 миллиардов долларов.
- Результаты предлагают решение проблемы поставок водорода и помогут промышленности найти и добыть природный водород для удовлетворения глобальных потребностей, отказавшись от использования углеводородов для этих целей.
[Фото: Chris Ballentine / Stable Isotope Lab University of Toronto]
