Ziemia sama produkuje paliwo przyszłości. W skałach znaleźli skarb
Okazuje się, że skały liczące miliardy lat mogą same produkować wodór. Już wiedzą, gdzie szukać nowego źródła energii.
Pod jedną z kopalń w północnym Ontario skały robią coś naprawdę dziwnego. Powoli, stale i bez żadnego udziału człowieka produkują wodór. Naukowcy z Kanady po raz pierwszy tak dokładnie zmierzyli jego wieloletni wypływ z bardzo starych skał Tarczy Kanadyjskiej i pokazali, że tzw. biały wodór może być zasobem, który przez dziesięciolecia uznawano za nieistotny, a który właśnie zaczyna wyglądać na coś, co warto traktować poważnie.
To wodór prosto z wnętrza skał
Wodór od lat pojawia się w planach transformacji energetycznej, ale zwykle mówi się o nim w kontekście bardzo kosztownej produkcji. Szary wodór powstaje głównie z gazu ziemnego i wiąże się z emisjami CO2. Zielony wodór wytwarza się z wody przy użyciu energii odnawialnej, ale wymaga dużych ilości prądu, elektrolizerów, infrastruktury i magazynowania.
Biały wodór jest zupełnie inny. Nie trzeba go produkować w przemysłowej instalacji, bo powstaje naturalnie pod ziemią. Tworzy się w reakcjach między wodą a minerałami, a także w procesach, w których promieniowanie z naturalnie występujących pierwiastków rozbija cząsteczki wody. W efekcie w szczelinach skalnych może gromadzić się wodór, który da się wykryć, zmierzyć, a być może kiedyś również wydobywać.
Do tej pory naturalny wodór często był traktowany bardziej jako możliwość wynikająca z modeli, niż jako rzeczywisty, policzony zasób. Tym razem badacze mieli dane z działającej kopalni i mogli śledzić, jak gaz uwalnia się przez lata.
Kanadyjska kopalnia pokazała, że wypływ jest naprawdę trwały
Zespół kierowany przez prof. Barbarę Sherwood Lollar z Uniwersytetu w Toronto przeanalizował dane z kopalni w pobliżu Timmins w Ontario. Chodzi o teren Tarczy Kanadyjskiej, czyli jednego z najstarszych fragmentów kontynentalnej skorupy na Ziemi. To obszar zbudowany ze skał liczących miliardy lat, dobrze znany górnictwu i geologom.
Badacze ustalili, że pojedynczy odwiert w tej lokalizacji uwalnia średnio ok. 0,008 t wodoru rocznie, czyli mniej więcej 8 kg. Sama liczba nie brzmi imponująco, ale ważna jest skala i powtarzalność. Wodór nie pojawił się jednorazowo i nie zniknął. Wypływ może utrzymywać się przez 10 lat lub dłużej.
Przeliczenie dla blisko 15 tys. odwiertów w badanej lokalizacji daje roczny wypływ przekraczający 140 ton wodoru. Energetycznie odpowiada to ok. 4,7 mln kWh rocznie, czyli ilości wystarczającej do pokrycia rocznego zapotrzebowania ponad 400 gospodarstw domowych. To nadal nie jest elektrownia dla całego powiatu, ale wartości zaczynają wyglądać naprawdę sensownie.
Największa wartość może być tuż obok kopalń
Najważniejszy wniosek nie sprowadza się do tezy o odkryciu zasobu zdolnego zaspokoić globalne zapotrzebowanie energetyczne. Wskazuje raczej, że potencjał naturalnego wodoru jest największy w tych lokalizacjach, gdzie jego występowanie pokrywa się przestrzennie z infrastrukturą przemysłową, górniczą lub z osadami oddalonymi od głównych szlaków zaopatrzeniowych.
Właśnie na tym polega przewaga geologicznego wodoru. Nie trzeba go najpierw produkować w jednym miejscu, przewozić setki kilometrów i magazynować w drogich instalacjach. Jeśli występuje w rejonie kopalni, hutnictwa, produkcji metanolu, nawozów lub odizolowanych miejscowości, może być używany lokalnie. To zmniejsza koszty transportu i ryzyko związane z budową całej infrastruktury od zera.
Autorzy zwracają uwagę, że wodór pojawia się w tych samych typach skał, w których Kanada od dawna prowadzi działalność górniczą: w rejonach związanych z niklem, miedzią, diamentami, a także poszukiwaniem metali krytycznych, takich jak lit, chrom, hel czy kobalt. To bardzo istotne, bo przemysł wydobywczy zużywa dużo energii, a w północnych regionach jej dostarczenie bywa drogie i emisyjne.
Ziemia produkuje wodór, ale nie wszędzie da się go wydobyć
Najłatwiej byłoby teraz stwierdzić, że pod stopami mamy darmowe paliwo i że wystarczy się schylić i czerpać. To byłaby przesada i to całkiem spora. Naturalny wodór nie jest jak woda w studni, która czeka cierpliwie, aż ktoś opuści wiadro. Musi najpierw powstać w odpowiednich reakcjach chemicznych głęboko pod ziemią. Potem musi przetrwać – nie rozproszyć się po drodze, nie przereagować z otaczającymi skałami, nie uciec mikroskopijnymi szczelinami. Musi zgromadzić się w pułapce geologicznej, która utrzyma go na tyle długo, by ktokolwiek w ogóle go znalazł. I wreszcie, musi dać się wydobyć w ilości, która ma sens ekonomiczny.
W tym miejscu rozpoczyna się złożona analiza warunków geologicznych. Niezbędne są formacje skalne zdolne do generowania wodoru, obecność wody umożliwiającej reakcje z minerałami, system szczelin lub struktur porowatych zapewniających migrację gazu, a w wielu przypadkach także pułapka geologiczna zapobiegająca ucieczce wodoru do atmosfery. Dodatkowym czynnikiem jest tutaj także aktywność podpowierzchniowych mikroorganizmów, które wykorzystują wodór jako substrat energetyczny, mogąc znacząco zredukować jego dostępność przed dotarciem do strefy eksploatacyjnej.
Przeczytaj także:
Nowe badanie nie oznacza, że Kanada za kilka tygodni zacznie eksportować biały wodór całymi tankowcami. Oznacza jednak, że poszukiwania naturalnego wodoru przestały opierać się wyłącznie na obietnicach, modelach komputerowych i teoretycznych założeniach. Pojawił się twardy, długoterminowy pomiar – konkretne dane z konkretnego miejsca, pokazujące trwały wypływ gazu.
