В современном мире стабильные поставки водорода незаменимы для функционирования общества. Удобрения на его основе обеспечивают продовольствием половину населения планеты, а водород — ключевой элемент многих планов перехода к углеродно-нейтральной энергетике, что важно для предотвращения худших последствий изменения климата.
В настоящее время водород получают из углеводородов, что приводит к 2,4% глобальных выбросов CO2. Прогнозируется, что спрос на водород возрастет с 90 миллионов тонн в 2022 году до 540 миллионов тонн в 2050 году. Важно, чтобы производство этого водорода не сопровождалось выделением CO2. Существуют способы производства водорода с последующим захоронением отработанного CO2 или использованием возобновляемых источников энергии (ветра и солнца), но пока они не являются коммерчески конкурентоспособными.
Новое исследование Университет Оксфорда предлагает решение данной проблемы, сообщает научно-популярное издаanie. EurekAlert!За миллиард лет в континентальной коре Земли накопилось достаточно водорода, чтобы удовлетворить потребности человечества в энергии как минимум на 170 тысяч лет. Несмотря на то, что часть газа была потеряна, израсходована или недоступна сегодня, оставшийся водород может стать естественным и без выбросов источником этого природного ресурса.
Недостаток исторических данных и измерений водорода затруднял понимание учеными его местоположения и количества в земной коре. Разведочные методики имеют важное значение для поиска доступных и коммерчески выгодных залежей природного геологического водорода. Профессор Джон Глуяс, соавтор исследования, отмечает: «Мы успешно разработали стратегию разведки гелия; аналогичный подход можно использовать и для водорода».
Исследование раскрывает ключевые компоненты для разработки стратегии поиска различных «водородных систем». К ним относятся объём производимого водорода, типы залежей, миграция водорода из пород под землёй, условия образования газовых месторождений и условия разрушения водородных систем.
Профессор Барбара Шервуд Лоллар, соавтор исследования, заявила: «Например, известно, что подземные микробы питаются водородом. Чтобы сохранить его для промышленного применения, важно предотвратить контакт с такой средой». Авторы также описывают эффективность реакции горных пород — как геологическая история может объединить нужные породы с водой, которая взаимодействует с ними.
Некоторые источники водорода, например из земной мантии, часто преувеличиваются, однако данное исследование показывает, что не являются жизнеспособными. Вместо этого компоненты полноценной водородной системы можно найти в разнообразных распространенных геологических условиях земной коры. Некоторые из них могут быть относительно молодыми, образующими водород недавно (от миллионов до десятков миллионов лет), другие — древними (сотни миллионов лет), но в целом встречаются по всему миру.
Профессор Крис Баллентайн, ведущий автор работы, отметил: «Сочетание компонентов для поиска накопленного водорода схоже с приготовлением суфле. Ошибка в любом из ингредиентов, количестве, времени или температуре приведет к неудаче. Успешный и повторимый рецепт разведки откроет коммерчески конкурентоспособный низкоуглеродный источник водорода, который существенно повлияет на энергетический переход — у нас есть необходимые знания, чтобы соединить эти элементы и найти такой рецепт».
Исследование дало следующие результаты. опубликованного в журнале Nature Reviews Earth & Environment.
- Учёные из Оксфордского университета дали подробное описание геологических условий, необходимых для нахождения чистых источников природного водорода под землёй.
- Работа раскрывает детально требования к естественному водороду, синтезируемому Землёй в процессе геологических эпох и аккумулируемому в её недрах, подтверждая широкое распространение подобных геологических комплексов на планете.
- Водород — отрасль стоимостью 135 миллиардов долларов, необходимая для производства удобрений и других важных химикатов, а также источник чистой энергии для будущих технологий с низким уровнем выбросов углекислого газа, объем рынка которой к 2050 году оценивается в 1000 миллиардов долларов.
- Выводы дают способ решить вопрос доставки водорода и позволят промышленности находить и извлекать природный водород для удовлетворения мировых нужд, замещая при этом использование углеводородов.
[Фото: Chris Ballentine / Stable Isotope Lab University of Toronto]