يمكن أن يكون الهيدروجين المتشكل في أعماق الأرض من خلال العمليات الطبيعية مصدرًا رئيسيًا جديدًا للطاقة غير المستغلة الخالية من الكربون – وعلى عكس النفط أو الغاز ، فإن الإمداد غير محدود تقريبًا.
تييدفع لفطم الكوكب عن الوقود الخالي من الكربون والانتقال إلى الطاقة المتجددة ركز بشكل أساسي على طاقة الرياح والطاقة الشمسية. لكن الأدلة العلمية المتزايدة تشير إلى وجود مصدر غير مستغل للطاقة النظيفة في أعماق الأرض يمكن أن يوفر طاقة أكبر بكثير مما نحتاج إليه: الهيدروجين الناتج عن العمليات الجيولوجية الطبيعية. ومثل الأيام الأولى لصناعة النفط في القرن التاسع عشر ، فقد ولدت موجة من شركات الحفر الناشئة التي تتنافس لتكون أول من يجد رواسب كبيرة.
قال دوج ويكس ، مدير وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة – الطاقة التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية: “انظروا إليها مثل آبار النفط البرية في الوقت الحالي” فوربس، مساواة صائدي الهيدروجين بالحفارين التقليديين الذين يبحثون عن البترول في الحقول الجديدة. على الصعيد العالمي ، يقول إن كمية الهيدروجين الجيولوجي قد تكون “فلكية” بناءً على مدى شيوع الظروف الجيولوجية اللازمة لتوليدها على ما يبدو: جيوب المياه الغنية بالحديد بالقرب من التصدعات التكتونية ، الموجودة في جميع أنحاء العالم.
قال ويكس إنه يحتمل أن يكون “150 تريليون طن متري”. “مليار طن من شأنه أن يمد الولايات المتحدة بالطاقة لمدة عام كامل.”
تنضم شركات الطاقة الكبيرة مثل Shell و BP و Chevron إلى كونسورتيوم أنشأته هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ومدرسة كولورادو للمناجم لدراسة الهيدروجين الجيولوجي ، لكن هناك عددًا قليلاً من الشركات الناشئة الطموحة في طور البحث. تستعد HyTerra و Natural Hydrogen Energy للتنقيب عنها في نبراسكا وكانساس ، ويبحث Gold Hydrogen عنها في أستراليا. يعتقد باحثون فرنسيون أنه موجود في مناجم الفحم القديمة في منطقة الألزاس واللورين بالبلاد ويبحثون عنه هناك. في إفريقيا ، تعمل Hydroma ومقرها مونتريال بالفعل على التنصت على بئر هيدروجين تم اكتشافه منذ سنوات في مالي وتبحث عن المزيد. (في الطيف اللوني للهيدروجين ، يُعرف التنوع الجيولوجي أيضًا بالذهب أو الأبيض ؛ الهيدروجين المصنوع من الطاقة المتجددة أخضر. الشكل الناتج من الغاز الطبيعي رمادي).
يتطلب تعقب مواقع الهيدروجين المحتملة مهارات مماثلة لتلك المستخدمة في صناعة النفط والغاز ، والوصول إليها على بعد آلاف الأقدام تحت الأرض يستخدم نفس منصات الحفر. ولكن على عكس رواسب النفط والغاز ، والتي تكون متسخة ومحدودة ، يتولد الهيدروجين الطبيعي بشكل مستمر. هناك نظريات مختلفة حول كيفية تولدها ، لكن وجهة النظر الرئيسية هي أنها نتيجة ثانوية لتفاعل كيميائي مستمر لخلط الماء بالحديد في حالة الأكسدة. إنها مرحلة وسيطة ، “ليست صدأًا كاملاً ، وليست معدنية” ، بحسب ويكس.
قال Luke Velterop ، مدير العمليات في Subiaco ، HyTerra ومقرها أستراليا: “تخيل إمكانات مصنع تحت الأرض تغذيه الطبيعة ، والذي يولد إمدادًا متجددًا من الطاقة النظيفة القابلة للتوزيع”. وهو يعتقد أن الهيدروجين الجيولوجي “يحل التقطع في الطاقة المتجددة ويوفر الأمن والاستقرار اللازمين لتحل محل الوقود الأحفوري.”
كان العنصر الأكثر وفرة في الكون شكلاً مقنعًا ولكنه بعيد المنال من الطاقة النظيفة لعقود. إنه ليس بعيد المنال مثل الاندماج النووي ، لكنه لا يزال يواجه تحديات كبيرة. إنه حيوي حاليًا لتكرير النفط وصنع الأسمدة والمواد الكيميائية ومعالجة الأغذية وإنتاج الفولاذ. قم بتشغيلها من خلال خلية وقود وتولد الكهرباء لتشغيل السيارات والشاحنات باستخدام بخار الماء فقط كمنتج ثانوي. يمكن صنعه بثمن بخس وبسهولة من الغاز الطبيعي ولكن هذا يولد تلوثًا كربونيًا. إن صنعه من المياه والطاقة المتجددة يحل هذه المشكلة ولكنه يخلق مشكلة أخرى: يتطلب الهيدروجين الأخضر طاقة لتوليد أكثر مما يوفر عند استخدامه. تكمن جاذبية الهيدروجين الجيولوجي في أنه يحل هاتين المشكلتين.
الميكروبات التي تتغذى على الهيدروجين
ساد الاعتقاد أنه نظرًا لأن الهيدروجين هو أخف عنصر في الجدول الدوري ، فقد كان موجودًا بشكل أساسي مع عناصر أخرى وليس بمفرده. لكن التقارير عن وجود الهيدروجين بشكل طبيعي تعود إلى عقود. في عام 1984 ، اعتقد روجر بيلينغز المتحمس للهيدروجين أنه وجد حقلاً من الهيدروجين الطبيعي في كانساس. وفقًا لتقرير UPI المعاصر ، أرادت شركته ، Billings Energy ومقرها ميسوري ، الاستفادة من إمكانات الطاقة ، والتي قُدرت بما يعادل 65 مليون برميل من النفط. لم يرد Billings على رسالة بريد إلكتروني تطلب تفاصيل حول سبب فشلها.
في الآونة الأخيرة ، كان وجود الهيدروجين الطبيعي موضوعًا ساخنًا. في جامعة ولاية مونتانا ، كان العلماء يراقبون الهيدروجين المنبعث من غلايات الغليان في حديقة يلوستون الوطنية. علوم نشرت المجلة مقالاً مفصلاً في فبراير 2023 عن اكتشاف بئر هيدروجين في مالي في عام 2015 ، والذي يقوم Hydroma بالتنصت عليه.
فلماذا استغرق الأمر وقتًا طويلاً لبدء البحث عن الهيدروجين الطبيعي؟ بصرف النظر عن عدم معرفة كيفية البحث عنه ، فإن وجود الهيدروجين الجيولوجي مخفي بواسطة الميكروبات في الأرض التي تستهلكه ، كما قال جيف إيليس ، عالم الكيمياء الجيولوجية البترولية في برنامج موارد الطاقة التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. (تشمل الكائنات الآكلة للهيدروجين كامينيباكتر و aquifex، بينما هيدروجينوبكتر ثيرموفيلوس، المكتشفة في اليابان ، تزدهر على الهيدروجين الذي تنتجه الينابيع الساخنة.)
قال إليس: “ليس من المستغرب أن يتم التغاضي عنه لأنه غاز عديم اللون والرائحة وهذه الميكروبات تأكله بكفاءة في باطن الأرض أثناء تسريبه من الأرض”. فوربس. يمكن أن يكون هناك بالفعل تراكمات كبيرة على الأرض. علينا فقط معرفة مكان العثور عليها ويمكننا فقط البحث في الأسفل والحصول على مصدر الطاقة النظيفة الرائع هذا “.
لكنه يحذر من أنه في حين أن هناك حجمًا محتملاً هائلاً من الهيدروجين الجيولوجي على مستوى العالم ، فقد يكون من الصعب للغاية الوصول إلى الكثير منه.
قال إليس: “سيكون معظم هذا الطريق عميقًا جدًا أو بعيدًا جدًا عن الشاطئ ، أو تراكمات صغيرة جدًا لدرجة أنها لن تكون اقتصادية على الإطلاق”. ويقدر أنه على مستوى العالم يمكن أن يكون هناك ما لا يقل عن 10 ملايين ميغا طن من الهيدروجين في الأرض ، أي أكثر بكثير من 100 ميغا طن التي يستخدمها العالم الآن للعمليات الصناعية. ستؤدي التطبيقات الجديدة للعنصر لأشياء مثل وقود الطائرات وتوليد الطاقة الثابتة إلى زيادة الطلب العالمي إلى 500 ميغا طن على الأقل خلال العقدين المقبلين.
وقال: “لذلك إذا كان من الممكن استغلال 2٪ أو 3٪ فقط من العشرة ملايين ميغا طن ، فسيؤدي ذلك إلى توفير كل الطلب العالمي البالغ 500 مليون طن سنويًا لمئات السنين”.
ولا يتعلق الأمر فقط بإمكانية إنتاج الهيدروجين النظيف الرخيص. وقال إليس إن الأهم من ذلك هو أن الظروف الجوفية التي تولد الهيدروجين قد تولد هيليوم عالي القيمة ، وهو غاز صناعي يزداد تكلفة مع تقلص الإمدادات التقليدية.
قامت HyTerra ، التي جمعت 4 ملايين دولار لتمويل جهود الحفر الأولية وتسعى ببضعة ملايين أخرى من الدولارات ، بالشراكة مع Natural Hydrogen Energy في مشروع بئر في جنيف ، نبراسكا. هذا الشهر ، قالت الشركة الناشئة إن لديها حقوق حفر للبحث عن رواسب الهيدروجين على طول نيماها ريدج في كانساس. يقع كلا الموقعين على طول 1200 ميل من نظام صدع منتصف القارة ، وهو شق تكتوني عبر وسط أمريكا الشمالية.
بناء سوق الهيدروجين
إن معرفة مكان وجود كميات كبيرة من الهيدروجين الجيولوجي وإيجاد طرق لاستخراج الغاز بأمان هي تحديات لم يتم حلها بعد. تريد Wicks التابعة لوزارة الطاقة أيضًا إنشاء برنامج منح فيدرالي لمساعدة الباحثين في الشركات والجامعات على تطوير طرق لتحفيز العملية الطبيعية تحت الأرض التي تولد الهيدروجين ، وربما باستخدام طرق كيميائية أو كهربائية لزيادة الكمية التي يتم إنشاؤها بالفعل بشكل كبير. قد يكون هذا أمرًا بالغ الأهمية لتسويق الهيدروجين الجيولوجي لأنه سيساعد الشركات على إقناع المزيد من الأرض.
قال ويكس: “سنكون أول برنامج حكومي ، أجنبي أو محلي ، يعترف بهذه الإمكانية”.
قد يستغرق التأكيد على إمكانية سحب كميات كبيرة من الهيدروجين الطبيعي من مصادر تحت الأرض سنوات ، لكن هذا لا يمثل كسرًا للصفقة. لا تزال الأيام الأولى لاستخدام الهيدروجين كوقود يتجاوز مكانته الصناعية الحالية ؛ لم يتشكل السوق بعد ، وفقًا لـ Ellis من USGS.
قال: “إذا قمت بحفر البئر في الفناء الخلفي لمنزلتي اليوم ووجدت مجموعة من الهيدروجين ، فلن أتمكن من بيعها لأي شخص ، على الأرجح”. هذا جزء من سبب عمل HyTerra و Natural Hydrogen Energy معًا في مشروع حفر في نبراسكا.
قال: “لقد اختاروا هذا الموقع لأنه يوجد مصنع للأسمدة على الطريق”. “اتصلوا بهم وقالوا: هل تشتري الهيدروجين منا؟” وقال النبات ، “بالتأكيد ، سنفعل”. لذلك كان لديهم سوق قريب “.
قال إليس إنه إذا أظهرت الشركات الناشئة الصغيرة بعض النجاح ، فإن شركات النفط الكبرى ، التي لديها القدرة على استثمار مليارات الدولارات في الهيدروجين الجيولوجي ، قد تنضم إلى السباق. إنهم لا يبحثون عن حفر آبار بعد. إنهم يتخذون موقف الانتظار والترقب “.
