Κάτω από την επιφάνεια: Τι πρέπει να γνωρίζετε για το γεωλογικό υδρογόνο
Φωτογραφία φυσικών φωτιών στο όρος Χίμαιρα, Μ.Ασία από την C. Raddato.
Το υδρογόνο διαδραματίζει εδώ και καιρό ζωτικό ρόλο στο βιομηχανικό τοπίο, από την παραγωγή λιπασμάτων έως τη διύλιση πετρελαίου. Θα παραμείνει απαραίτητο σε μια οικονομία που αποανθρακοποιείται, όπου βρίσκεται σε μοναδική θέση για να αντικαταστήσει τη σημερινή χρήση υδρογόνου με υψηλές εκπομπές άνθρακα σε τομείς για τους οποίους δεν υπάρχει καμία λύπη, όπως οι βιομηχανίες που είναι δύσκολο να ηλεκτροδοτηθούν, η παραγωγή λιπασμάτων, η διύλιση πετρελαίου, η θαλάσσια ναυτιλία, τα βαρέα φορτηγά και η αεροπορία.
Καθώς η ώθηση για καθαρότερο υδρογόνο αυξάνεται δυναμικά, το μεγαλύτερο μέρος της προσοχής έχει στραφεί σε τεχνολογίες όπως το ηλεκτρολυτικό υδρογόνο που τροφοδοτείται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ή το υδρογόνο με βάση τα ορυκτά καύσιμα με δέσμευση άνθρακα. Αλλά μια άλλη, λιγότερο γνωστή επιλογή αρχίζει να μπαίνει στη συζήτηση: το γεωλογικό υδρογόνο , που μερικές φορές αναφέρεται ως «φυσικό», «λευκό» ή «χρυσό» υδρογόνο. Σχηματιζόμενο υπόγεια μέσω φυσικών διεργασιών στο φλοιό της γης, αυτή η πηγή υδρογόνου θεωρητικά έχει τη δυνατότητα να προσφέρει ένα προσιτό, συμπλήρωμα χαμηλών εκπομπών σε άλλες οδούς υδρογόνου χαμηλών εκπομπών άνθρακα.
Αν και βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο, το γεωλογικό υδρογόνο κεντρίζει γρήγορα το ενδιαφέρον ερευνητών, υπευθύνων χάραξης πολιτικής, εταιρειών ενέργειας και υποστηρικτών της καθαρής ενέργειας. Με την εξερεύνηση να βρίσκεται σε εξέλιξη στις ΗΠΑ, την Ευρώπη και αλλού, είναι σημαντικό να ρίξουμε μια σαφή ματιά τόσο στις δυνατότητές του όσο και στις αβεβαιότητές του. Αυτό το άρθρο προσφέρει μια συνοπτική εικόνα του τι είναι το γεωλογικό υδρογόνο, τι γνωρίζουμε μέχρι στιγμής και τι χρειάζεται ακόμη να μάθουμε.
Τι είναι το γεωλογικό υδρογόνο;
Το γεωλογικό υδρογόνο αναφέρεται στο μοριακό υδρογόνο (H₂) που σχηματίζεται φυσικά κάτω από την επιφάνεια της γης. Σε αντίθεση με το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου σήμερα, το οποίο πρέπει να παρασκευάζεται μέσω ενεργοβόρων διεργασιών, το γεωλογικό υδρογόνο παράγεται μέσω φυσικών αντιδράσεων όπως η σερπεντινίωση και η ραδιόλυση.
Η σερπεντινοποίηση συμβαίνει όταν το νερό αλληλεπιδρά με πετρώματα πλούσια σε σίδηρο, όπως ο περιδοτίτης, διασπώντας μόρια νερού και απελευθερώνοντας υδρογόνο ως υποπροϊόν. Αυτή η διαδικασία είναι συχνή σε τεκτονικά ενεργές περιοχές και επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και την πίεση . Οι υψηλότερες θερμοκρασίες (200 - 400 °C) και οι αυξημένες πιέσεις συνήθως επιταχύνουν τους ρυθμούς αντίδρασης και έτσι οδηγούν σε υψηλότερες αποδόσεις υδρογόνου.
Η ραδιόλυση συμβαίνει όταν η ακτινοβολία από φυσικά ραδιενεργά στοιχεία διασπά μόρια νερού που έχουν παγιδευτεί σε βράχο, απελευθερώνοντας υδρογόνο. Αυτή η διαδικασία είναι πιο αργή και με χαμηλότερη απόδοση από την σερπεντινίωση, αλλά μπορεί να συμβεί σε ένα ευρύτερο φάσμα γεωλογικών συνθηκών .
Άλλες διεργασίες , αν και λιγότερο συχνές, όπως η μικροβιακή δραστηριότητα και η διάσπαση της οργανικής ύλης, μπορούν επίσης να παράγουν υδρογόνο σε ιζηματογενείς λεκάνες , όπου τα μικρόβια ή η θερμότητα απελευθερώνουν σταδιακά υδρογόνο από θαμμένα υλικά πλούσια σε άνθρακα.
Η εξαγωγή φυσικά σχηματιζόμενου γεωλογικού υδρογόνου από υπόγειες δεξαμενές είναι μακράν η πιο τεχνολογικά ώριμη μέθοδος παραγωγής. Ωστόσο, οι ερευνητές διερευνούν επίσης ενεργά άλλες μηχανικές μεθόδους όπου το γεωλογικό υδρογόνο μπορεί να «παραχθεί» σε πιο ελεγχόμενα περιβάλλοντα:
Διεγερμένη Συσσώρευση : Σε περιπτώσεις όπου το υδρογόνο υπάρχει σε γεωλογικούς σχηματισμούς αλλά δεν ρέει ελεύθερα, τεχνικές όπως η υδραυλική ρωγμάτωση ή η ηλεκτρική διέγερση μπορούν να βοηθήσουν στην απελευθέρωσή του από το πέτρωμα και να καταστήσουν εφικτή την επακόλουθη εξόρυξη.
Διεγερμένη Παραγωγή : Το υδρογόνο μπορεί επίσης να παραχθεί υπόγεια με την έγχυση νερού σε δραστικά πετρώματα πλούσια σε σίδηρο για να ενεργοποιηθούν αντιδράσεις παραγωγής υδρογόνου, όπως η σερπεντινίωση.
Γιατί οι άνθρωποι ενθουσιάζονται με το γεωλογικό υδρογόνο;
Μέχρι τα τέλη του 2023, περισσότερες από 50 εταιρείες παγκοσμίως επένδυαν στην γεωλογική εξερεύνηση υδρογόνου, σύμφωνα με εκτιμήσεις της Αμερικανικής Ένωσης Φυσικού Αερίου . Αυτό το αυξανόμενο ενδιαφέρον πιθανότατα οφείλεται σε πολλά από τα μοναδικά πλεονεκτήματα του γεωλογικού υδρογόνου σε σύγκριση με άλλες πηγές ενέργειας χαμηλών εκπομπών άνθρακα:
Θεωρητικά χαμηλό αποτύπωμα άνθρακα. Σε αντίθεση με το υδρογόνο που παράγεται από ορυκτά καύσιμα, η παραγωγή γεωλογικού υδρογόνου δεν απαιτεί πρώτη ύλη. Η ένταση άνθρακα προέρχεται κυρίως από τη διαδικασία εξόρυξης. Οι υπάρχουσες μελέτες υποδηλώνουν ότι θα μπορούσε να έχει σχεδόν μηδενική ένταση άνθρακα , ιδιαίτερα όταν δεν παράγεται σε συνδυασμό με μεθάνιο. Για παράδειγμα, το υδρογόνο με καθαρότητα 85% και ελάχιστη περιεκτικότητα σε μεθάνιο μπορεί να έχει ένταση άνθρακα μόλις 0,4 κιλά ισοδύναμου CO₂ ή CO₂e, 1 ανά κιλό υδρογόνου.
Πίνακας 1. Εντάσεις άνθρακα διαφορετικών οδών παραγωγής υδρογόνου 2 , 3
Τύπος υδρογόνου Ένταση άνθρακα (kg CO2 e / kg H₂)
Υδρογόνο με βάση τα ορυκτά καύσιμα 10,0 – 13,0
Δέσμευση υδρογόνου + άνθρακα με βάση τα ορυκτά καύσιμα 0,8 – 6,1
Ηλεκτρολυτικό υδρογόνο 0,5 – 24,0 4
Γεωλογικό Υδρογόνο 0,4 – 1,5 5
Πιθανή επεκτασιμότητα. Ορισμένες εκτιμήσεις υποδηλώνουν ότι τρισεκατομμύρια τόνοι γεωλογικού υδρογόνου μπορεί να υπάρχουν στο υπέδαφος. Ακόμη και η πρόσβαση σε ένα μικρό κλάσμα θα μπορούσε να ικανοποιήσει την παγκόσμια ζήτηση υδρογόνου για αιώνες . Ορισμένα αποθέματα μπορεί ακόμη και να αναπληρώνονται μέσω συνεχιζόμενων γεωλογικών διεργασιών, αν και αυτό παραμένει υπό μελέτη.
Δυνητικά χαμηλό κόστος. Τα πρώτα στοιχεία από εξερευνητικά πηγάδια στο Μάλι, την Ισπανία και την Αυστραλία υποδηλώνουν ότι το κόστος παραγωγής θα μπορούσε να είναι μόλις 0,50-1,00 δολάρια ανά κιλό, σημαντικά φθηνότερο από άλλες καθαρές οδούς υδρογόνου.
Τι δεν γνωρίζουμε για το γεωλογικό υδρογόνο;
Παρά το τεράστιο δυναμικό του γεωλογικού υδρογόνου, υπάρχει ακόμη μακρύς δρόμος μπροστά μας για την κατανόηση του ρόλου που μπορεί να διαδραματίσει αυτή η μοναδική πηγή ενέργειας στην ενεργειακή μετάβαση. Ίσως μια από τις πιο πιεστικές προκλήσεις είναι ότι η βιομηχανία έχει πολύ περιορισμένη εμπειρία στον πραγματικό κόσμο. Οι περισσότερες μέθοδοι εξόρυξης είναι ακόμη πειραματικές και το μόνο λειτουργικό έργο - στο Μάλι - παράγει μόνο λίγους τόνους υδρογόνου ετησίως για τοπική ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η απόδειξη της ιδέας είναι σημαντική αλλά ανεπαρκής για να καταδείξει εάν το γεωλογικό υδρογόνο μπορεί να κλιμακωθεί για να καλύψει την παγκόσμια ζήτηση.
Η ίδια η εξερεύνηση είναι δαπανηρή και επικίνδυνη. Ένα γεωτρημένο πηγάδι μπορεί να βρει λίγο ή καθόλου υδρογόνο ή ο πόρος μπορεί να είναι πολύ βαθύς, διάχυτος ή απομακρυσμένος για να εξορυχθεί οικονομικά. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εξερεύνησης και του καθαρισμού δεν έχουν ακόμη κατανοηθεί πλήρως. Το γεωλογικό υδρογόνο σπάνια είναι καθαρό, συχνά αναμεμειγμένο με μεθάνιο ή άλλα αέρια. Εάν το μεθάνιο διαρρεύσει ή καεί κατά την εξόρυξη ή τον καθαρισμό, τα οφέλη για το κλίμα θα μπορούσαν να μειωθούν σημαντικά.
Τα κενά στις υποδομές προσθέτουν ένα ακόμη επίπεδο αβεβαιότητας. Τα κοιτάσματα υδρογόνου ενδέχεται να μην ευθυγραμμίζονται με τους τομείς ζήτησης, απαιτώντας νέους αγωγούς, αποθήκευση και μεταφορά.
Μια προσεκτική πορεία προς τα εμπρός
Αν και το γεωλογικό υδρογόνο θα μπορούσε κάποια μέρα να αποτελέσει μια πολύτιμη πηγή καθαρού υδρογόνου, η μελλοντική πορεία είναι ακόμη αβέβαιη. Χρειάζονται περισσότερα δεδομένα για την καλύτερη κατανόηση των δυνατοτήτων αυτής της αναδυόμενης πηγής ενέργειας. Αυτό ξεκινά με προσεκτικά σχεδιασμένα έργα επίδειξης σε πραγματικό κόσμο - ακόμη και αν ξεκινούν σε μικρή κλίμακα - και με συνεχή έρευνα και ανάπτυξη για την καλύτερη κατανόηση των βασικών αρχών: πώς σχηματίζεται, συσσωρεύεται και συμπεριφέρεται το υδρογόνο στο υπέδαφος. Στην Ομάδα Εργασίας Καθαρού Αέρα (CATF), θα συνεχίσουμε να παρακολουθούμε αυτόν τον χώρο και να υποστηρίζουμε την επιστημονική, υπεύθυνη και ενημερωμένη εξερεύνηση του γεωλογικού υδρογόνου, όχι απλώς τη διαφημιστική εκστρατεία.
Για τους αναγνώστες που αναζητούν περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες σχετικά με τις διεργασίες σχηματισμού γεωλογικού υδρογόνου, την ένταση άνθρακα και τις μεθόδους εξόρυξης, ανατρέξτε στην τεχνική ενημέρωση του CATF για το γεωλογικό υδρογόνο .
Έιμι Ουγιάνγκ
https://www.catf.us/2025/09/beneath-the-surface-what-you-need-to-know-about-geologic-hydrogen/
περισσότερα,
Το γεωλογικό υδρογόνο, επίσης γνωστό ως φυσικό υδρογόνο, λευκό υδρογόνο ή χρυσό υδρογόνο, είναι ένα μοριακό αέριο υδρογόνο που υπάρχει φυσικά κάτω από την επιφάνεια της Γης και μπορεί να εξαχθεί ως καθαρή πηγή ενέργειας. Παράγεται από γεωλογικές διεργασίες, κυρίως την αντίδραση του νερού με ορυκτά πλούσια σε σίδηρο στον φλοιό της Γης, όπως στη διαδικασία της σερπεντινίωσης. Το γεωλογικό υδρογόνο προσφέρει μια πηγή ενέργειας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν προκλήσεις στον αποτελεσματικό εντοπισμό, την εξαγωγή και τη μεταφορά του λόγω των φυσικών του ιδιοτήτων και της πολυπλοκότητας των υποεπιφανειακών συστημάτων. Αν και γεωλογικό υδρογόνο έχει βρεθεί σε όλο τον κόσμο, η τοποθεσία του είναι απίθανο να είναι βολική για το πού βρίσκεται... USGS.gov .
Σχηματισμός και Χαρακτηριστικά Φυσικές Διεργασίες: Το γεωλογικό υδρογόνο παράγεται μέσω φυσικών, ανόργανων διεργασιών μέσα στον φλοιό της Γης.
Αντιδράσεις Νερού-Ορυκτού: Μια βασική διαδικασία είναι η αλληλεπίδραση του νερού με πετρώματα πλούσια σε σίδηρο και μαγγάνιο, όπως ο ολιβίνης. Η αντίδραση αυτών των ορυκτών με το νερό, ιδιαίτερα σε τεκτονικά περιβάλλοντα, απελευθερώνει υδρογόνο.
Ακτινολύση: Άλλες διεργασίες παραγωγής περιλαμβάνουν την ακτινολύση, όπου η ραδιενεργός διάσπαση δημιουργεί υδρογόνο.
Ανανεώσιμο Δυναμικό: Επειδή παράγεται συνεχώς από συνεχείς γεωλογικές διεργασίες, το γεωλογικό υδρογόνο θεωρείται ένας δυνητικά ανανεώσιμος πόρος.
Εξόρυξη και Δυναμικό -Γεωλογικοί Ταμιευτήρες: Όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, το γεωλογικό υδρογόνο συσσωρεύεται σε φυσικούς υπόγειους ταμιευτήρες, παγιδευμένους από αδιαπέραστα στρώματα.
Προσπάθειες Εξερεύνησης: Η εξερεύνηση για γεωλογικό υδρογόνο αυξάνεται, με προσπάθειες σε εξέλιξη σε χώρες όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, ο Καναδάς, η Αυστραλία και το Μάλι.
Πιθανός Πόρος: Τα μοντέλα υποδηλώνουν ότι το υπέδαφος της Γης περιέχει ένα τεράστιο απόθεμα φυσικού υδρογόνου, ενδεχομένως αρκετό για να καλύψει τη μελλοντική παγκόσμια ζήτηση.
Προκλήσεις και Ευκαιρίες Τεχνολογία Εξόρυξης: Η υπάρχουσα υποδομή και οι τεχνικές για το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο ενδέχεται να χρειάζονται προσαρμογή για την εξόρυξη υδρογόνου, ειδικά δεδομένης της υψηλής διαχυτικότητας και της τάσης να προκαλούν εύθραυστα μεταλλικά σωληνάρια.
Μεταφορά και Καθαρότητα: Το υδρογόνο είναι λιγότερο πυκνό από το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο και απαιτεί εξειδικευμένες τεχνικές διαχωρισμού υψηλής καθαρότητας και υποδομές για ασφαλή και αποτελεσματική μεταφορά.
Κατανόηση των Υπόγειων Συστημάτων: Απαιτείται βαθύτερη κατανόηση του σχηματισμού, της μετανάστευσης και της συσσώρευσης γεωλογικού υδρογόνου για την επιτυχή ανάπτυξη πόρων.
Ενεργειακή Μετάβαση: Το γεωλογικό υδρογόνο θα μπορούσε να προσφέρει μια σημαντική οδό προς μια οικονομία χαμηλών εκπομπών άνθρακα, παρέχοντας υδρογόνο για εφαρμογές καθαρής ενέργειας, μειώνοντας την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και τις ενεργοβόρες μεθόδους παραγωγής.
https://www.usgs.gov/news/featured-story/potential-geologic-hydrogen-next-generation-energy
https://www.greenprophet.com/2023/03/geological-hydrogen-for-fuel/