Исследователи составили список «ингредиентов», которые могут помочь компаниям, занимающимся разведкой ресурсов, найти огромные запасы чистого водорода — важнейшего элемента при переходе от ископаемого топлива.
Поиск запасов водорода в земной коре может помочь ускорить переход от ископаемого топлива к другим источникам энергии. (Изображение предоставлено Саймоном Даксом через Alamy)
Последние открытия показывают, что запасы водорода залегают в бесчисленных регионах мира, в том числе по меньшей мере в 30 штатах США.
Обнаружение таких резервуаров могло бы ускорить глобальный энергетический переход, но до сих пор геологи лишь фрагментарно понимали, как образуются крупные скопления водорода и где их искать.
«Сейчас задача состоит в том, чтобы найти места, где он высвобождается, накапливается и сохраняется», — Крис Баллентайн, профессор и заведующий кафедрой геохимии в Оксфордском университете, ведущий автор новой обзорной статьи о производстве водорода в земной коре, рассказал Live Science в электронном письме.
В новой статье Баллентайна есть ответы на эти вопросы. По мнению авторов, за последние 1 миллиард лет в земной коре образовалось достаточно водорода, чтобы удовлетворить наши текущие энергетические потребности в течение 170 000 лет. Однако до сих пор неясно, сколько этого водорода можно получить и выгодно использовать.
В новом обзоре, опубликованном во вторник (13 мая) в журнале Nature Reviews Earth and Environment, исследователи составляют «ингредиентный» список геологических условий, которые стимулируют образование и накопление природного газа водорода под землёй. Это должно облегчить поиск резервуаров.
«Конкретные условия для накопления и добычи водородного газа — это то, на что ряд геологоразведочных компаний (например, Koloma, финансируемая консорциумом во главе с фондом Билла Гейтса Breakthrough Energy, Hy-Terra, финансируемая Fortescue, и Snowfox, финансируемая BP [British Petroleum] и RioTinto) внимательно изучают, и это будет зависеть от различных геологических условий», — сказал Баллентайн.
Для формирования природных резервуаров водорода необходимы три ключевых элемента: источник водорода, породы-коллекторы и естественные преграды, удерживающие газ под землёй. Существует около десятка природных процессов, которые могут создавать водород. Самый простой из них — химическая реакция, при которой вода расщепляется на водород и кислород. По словам Баллентайна, любой тип горных пород, в которых происходит хотя бы один из этих процессов, является потенциальным источником водорода.
«Одно из мест, которое вызывает большой интерес, находится в Канзасе, где так называемый срединно-континентальный рифт, образовавшийся около 1 миллиарда лет назад, создал огромное скопление горных пород (в основном базальтов), которые могут вступать в реакцию с водой с образованием водорода», — сказал он. «Здесь ведутся поиски геологических структур, которые могли бы удерживать и накапливать образовавшийся водород».
Основываясь на знаниях о том, как другие газы высвобождаются из горных пород под землёй, авторы обзора предполагают, что тектонический стресс и высокий тепловой поток могут высвобождать водород глубоко внутри земной коры. «Это помогает высвободить водород на поверхность, где он может накапливаться и образовывать коммерческий ресурс», — сказал Баллентайн.
В ходе обзора было установлено, что в пределах земной коры широкий спектр распространённых геологических условий может оказаться перспективным для геологоразведочных компаний, начиная от офиолитовых комплексов и заканчивая крупными магматическими провинциями и архейскими зеленокаменными поясами.
Офиолитовый ландшафт в итальянской провинции Сондрио. Породы богаты железом, что придаёт им красновато-коричневый цвет. (Изображение предоставлено: Michele D'Amico supersky77/Getty Images)
Офиолиты — это фрагменты земной коры и верхней мантии, которые когда-то находились под океаном, но позже были подняты на сушу. В 2024 году исследователи обнаружили массивный резервуар с водородом в офиолитовом комплексе в Албании. Магматические породы — это породы, затвердевшие из магмы или лавы, а архейские зеленокаменные пояса — это образования возрастом до 4 миллиардов лет, для которых характерны зелёные минералы, такие как хлорит и актинолит.
Условия, рассмотренные в обзоре, являются «основными принципами» для добычи водорода, заявил соавтор исследования Джон Глуяс, профессор геоэнергетики, улавливания и хранения углерода в Даремском университете в Великобритании, в заявлении. В исследовании описываются ключевые факторы, которые компаниям следует учитывать при разработке своих стратегий добычи, в том числе процессы, с помощью которых водород может перемещаться или разрушаться под землёй.
«Мы знаем, например, что подземные микробы с удовольствием питаются водородом», — заявила соавтор исследования Барбара Шервуд Лоллар, профессор наук о Земле в Университете Торонто. Таким образом, по словам Шервуд Лоллар, места, где бактерии могут контактировать с породами, выделяющими водород, могут быть не лучшим местом для поиска резервуаров.
Водород используется для производства ключевых промышленных химикатов, таких как метанол и аммиак, который входит в состав большинства удобрений. Этот газ также может способствовать переходу от ископаемого топлива, поскольку водород может использоваться для питания как автомобилей, так и электростанций.
Но сегодня водород получают из углеводородов, а это означает, что при производстве газа образуются огромные выбросы углекислого газа. «Чистый» водород из подземных резервуаров оставляет гораздо меньший углеродный след, потому что он образуется естественным образом.
По словам Баллентайна, в земной коре «много водорода», и теперь вопрос в том, чтобы найти его в списке ингредиентов.