Promise Longe

في البحث عن مصادر طاقة أكثر وأجدد وأنظف، يظهر مورد غير مستغل إلى حد كبير.. الهيدروجين الطبيعي.

على عكس الهيدروجين المنتج من العمليات الصناعية، يتكون الهيدروجين الطبيعي من خلال تفاعلات جيولوجية تحدث بشكل طبيعي داخل القشرة الأرضية، مما يعني أنه لا يكلف شيئًا لإنتاجه، على الرغم من أن استخراجه يكلف بعض الشيء، ولا ينبعث منه أي ثاني أكسيد الكربون أو ملوثات أخرى ناتجة عن الأنشطة البشرية.

اليوم، يستخدم الهيدروجين بشكل أساسي في تكرير النفط، وإنتاج الأمونيا للأسمدة، وصنع الميثانول، الذي يمكن أن يكون وقودًا ومكونًا في البلاستيك. تعمل التقنيات الناشئة على جعل الهيدروجين وقودًا قابلاً للتطبيق للسيارات والطائرات والسفن والمصانع. من المتوقع أن ينمو الطلب على الهيدروجين في جميع أنحاء العالم من حوالي 90 مليون طن متري في عام 2022 إلى أكثر من 500 مليون طن متري بحلول عام 2050. ويمكن أن يأتي جزء من هذا الإمداد من الطبيعة نفسها أيضًا.

لوصف كل مصدر من مصادر الهيدروجين، يستخدم باحثو الطاقة مثلي، وصناعة الطاقة ككل، مجموعة من الألوان. بشكل عام، يتم إنتاج الهيدروجين “الرمادي” و”الأزرق” عن طريق حرق الوقود الأحفوري، مع دمج الهيدروجين الأزرق لتقنية تلتقط ثاني أكسيد الكربون الناتج في العملية لتقليل الانبعاثات. يأتي الهيدروجين “الأخضر” من التحليل الكهربائي المدعوم بالطاقة المتجددة، باستخدام الكهرباء لفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يوجد الهيدروجين “الأبيض” أو “الذهبي” بشكل طبيعي تحت الأرض ويمكن استخراجه مباشرة بأقل قدر من المعالجة.

كيف يتكون الهيدروجين الطبيعي؟

ينشأ الهيدروجين الطبيعي من عدة عمليات جيولوجية. الآلية الأكثر دراسة هي التسرپنتاين “serpentinization”، وهي تفاعل تتفاعل فيه المياه مع الصخور الغنية بالحديد المعروفة باسم الصخور فوق المافية “ultramafics”، مما يطلق غاز الهيدروجين.

يحدث التسرپنتاين في بيئات متنوعة حول العالم، بما في ذلك حواف المحيطات والتكوينات القارية مثل الصدع القاري الأوسط في أميركا الشمالية، وهو حزام من الصخور النارية في الغالب مع بعض الصخور الرسوبية المختلطة، ويمتد من مينيسوتا عبر منطقة بحيرة سوبيريور وجنوبًا نحو كانساس.

تحدث عملية أخرى، وهي تكوين الهيدروجين الحراري “thermogenic hydrogen formation”، في الأحواض الرسوبية العميقة عندما تتحلل المواد العضوية تحت درجات حرارة عالية، تتراوح تقريبًا بين 250 إلى 500 درجة مئوية. يمكن لهذه التفاعلات أيضًا أن تنتج الهيدروجين جنبًا إلى جنب مع غازات أخرى، مثل الميثان أو النيتروجين.

نظرًا لأن هذه العمليات تحدث على مدى ملايين السنين، فإن استخدام الهيدروجين الطبيعي يتطلب عمومًا طاقة أقل بكثير من الطرق التي يصنعها الإنسان مثل التحليل الكهربائي، والذي يستهلك ما يقرب من 50 كيلوواط ساعة من الكهرباء لكل كيلوغرام من الهيدروجين المنتج، وهو ما يكفي لتشغيل منزل متوسط ليوم أو يومين، وأكثر من الطاقة التي يمكن أن يوفرها كيلوغرام الهيدروجين هذا. الهيدروجين الطبيعي يتم إنتاجه بالفعل، كل ما يتطلبه الأمر هو جمعه.

العلم والبحث

يقوم الباحثون وشركات التنقيب بتطوير طرق مماثلة لتلك المستخدمة في استكشاف النفط والغاز لتحديد مواقع تراكمات الهيدروجين المحتملة. إنهم يبحثون في ثلاثة أنواع من التكوينات الجيولوجية:

التسرب المركز، حيث يتسرب الهيدروجين بشكل طبيعي عبر الشقوق والصدوع. يميل إلى الوصول إلى السطح والانتشار بسرعة، مما يجعل الالتقاط على نطاق واسع صعبًا.

طبقات الفحم، حيث يرتبط الهيدروجين بطبقات الفحم، مما يوفر كثافة محتملة أعلى ولكنه يطرح صعوبات في الاستخراج. يجب أولاً فصل الهيدروجين عن الفحم ثم يتدفق عبر طبقات الصخور الضيقة إلى نقطة الاستخراج.

أنظمة الخزان-المصيدة-الختم، المشابهة للتكوينات الصخرية التي تحبس الغاز الطبيعي تحت الأرض، تعتبر الأكثر واعدة للإنتاج التجاري لأنها يمكن أن تركز كميات كبيرة من الهيدروجين في هياكل محددة جيدًا وقابلة للحفر. ومع ذلك، لا تزال غير مثبتة إلى حد كبير في الممارسة العملية.. الفكرة الأساسية راسخة جيدًا، ولدى الجيولوجيين فكرة جيدة عن مكان حدوث هذه التكوينات، لكنهم ما زالوا يفتقرون إلى بيانات مفصلة حول كمية الهيدروجين التي تحتويها هذه التكوينات بالفعل ومدى سهولة استخراجها.

احتياطيات هائلة.. في مكان ما

تقدر هيئة المسح الجيولوجي الأميركية أن هناك أكثر من 5 تريليونات طن متري من الهيدروجين الجيولوجي تحت الأرض حول العالم. ولكن يُقدر أن جزءًا صغيرًا فقط من ذلك قابل للاستخراج، سواء من الناحية الفنية أو من حيث التكاليف المعقولة.

ومع ذلك، فإن 2% فقط من هذا الإجمالي سيكون أكثر من جميع احتياطيات الغاز الطبيعي المؤكدة على الكوكب، ويكفي لتلبية الطلب المتوقع للسنوات الـ 200 القادمة، حتى مع الأخذ في الاعتبار زيادة الاستهلاك.

لقد تراكمت كل هذه الاحتياطيات على مدى مليارات السنين. تنتج الأرض بشكل طبيعي ما بين 15 مليون و 31 مليون طن متري من الهيدروجين الطبيعي كل عام، أقل من 1% من الكمية المتوقع أن تكون مطلوبة سنويًا بحلول عام 2050. ولكن من المرجح أن يتم التقاط جزء صغير فقط من ذلك بكفاءة.

لذلك، من الأفضل النظر إلى الهيدروجين الجيولوجي كمصدر كبير جدًا ولكنه محدود في النهاية للطاقة منخفضة الكربون، يمكن أن يكمل بشكل كبير، ولكنه لا يحل محل، مصادر الطاقة الأخرى، بما في ذلك الأساليب المختلفة لإنتاج الهيدروجين.

النقاط الساخنة العالمية

حاليًا، ينتج حقل هيدروجين واحد فقط، في قرية بوراكيبوغو بمالي، الهيدروجين الطبيعي تجاريًا، ويزود القرية بعشرات الأطنان من الهيدروجين سنويًا لتشغيلها.

ومع ذلك، فقد زاد عدد الشركات التي تستكشف الهيدروجين الطبيعي بسرعة، من حوالي 10 شركات في عام 2020 إلى حوالي 40 شركة بحلول نهاية عام 2023، وفقًا لـ Rystad Energy وتقارير حكومية ومختبرات بحثية ذات صلة.

وبصرف النظر عن ذلك الحقل الوحيد في مالي، يتركز الاستكشاف في الولايات المتحدة وأستراليا وكندا والعديد من الدول الأوروبية.

في الولايات المتحدة، أكد مشروع HyTerra Nemaha في كانساس وجود تركيزات هيدروجين تحت السطح تصل إلى أكثر من 90% هيدروجين و 3% هيليوم. كلما ارتفع تركيز الهيدروجين، زادت كفاءة واستخراج الهيدروجين بتكلفة أقل. تستكشف HyTerra أيضًا في أماكن أخرى في مناطق الغرب الأوسط وجبال روكي.

الحواجز التقنية

تحويل الهيدروجين الجيولوجي إلى مصدر طاقة تجاري يواجه تحديات علمية وتقنية صعبة. يعد اكتشاف وقياس الهيدروجين تحت الأرض أمرًا صعبًا بسبب صغر حجمه الجزيئي وتفاعله مع العناصر الأخرى في الصخور.

وإذا كانت التركيزات المكتشفة من الهيدروجين منخفضة ومختلطة بكميات كبيرة من الغازات الأخرى، فقد يكون فصل الهيدروجين وتنقيبه مكلفًا، بل باهظ التكلفة، قبل أن يتم استخدامه.

الاقتصاد والكفاءة

يتمثل الوعد الاقتصادي للهيدروجين الطبيعي في بساطته.

نظرًا لأن العمليات الجيولوجية قد أنجزت بالفعل أعمال الإنتاج، تشير التقديرات الأولية إلى أن تكاليف الاستخراج يمكن أن تكون عُشر تكاليف الإنتاج لتقنيات توليد الهيدروجين التقليدية الأخرى، أو ربما أقل من ذلك.

لكن هذه الأرقام تستند إلى الكميات الصغيرة من الهيدروجين التي تم العثور عليها حتى الآن وقد لا تمثل الأداء المستقبلي على نطاق واسع. سيتطلب إنتاج ما يكفي لتلبية الطلب التجاري اكتشاف تراكمات كبيرة وعالية الجودة.

وكما أشارت إحدى المجموعات البحثية الرائدة، “هذا ليس اندفاعًا نحو الذهب”. إنه استكشاف دقيق للأدلة العلمية التي يمكن أن تؤدي، بمرور الوقت، إلى مصدر طاقة وفير وخالٍ من الكربون ومستمر يكمل مصادر الطاقة المتجددة الأخرى.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات

المصدر: THE CONVERSATION