هیدروژن محبوس زیر پوسته زمین، انرژی زمین را تا ۱۷۰ هزار سال آینده تأمین می‌کند

دانشمندان معتقدند منبع پنهانی از انرژی پاک می‌تواند انرژی موردنیاز بشر را تا ۱۷۰ هزار سال آینده تأمین کند – و حالا راه دستیابی به آن را کشف کرده‌اند.

به گزارش لایو ساینس، پژوهشگران فهرستی از «مواد اولیه تشکیل‌دهنده» تهیه کرده‌اند که به شرکت‌های اکتشاف منابع کمک می‌کند تا مخازن عظیم هیدروژن پاک را بیابند؛ عنصری کلیدی که نقش مهمی در گذار از سوخت‌های فسیلی دارد.

زمین‌شناسان تاکنون درک کاملی از نحوه تشکیل انباشت‌های بزرگ هیدروژن و محل پیدایش آن‌ها نداشتند. حالا یافته‌های تازه نشان می‌دهد که مخازن هیدروژن در مناطق بسیاری از جهان، ازجمله دست‌کم در ۳۰ ایالت آمریکا، زیر زمین پنهان شده‌اند. کشف این مخازن می‌تواند گذار جهانی به انرژی‌های پاک را سرعت ببخشد.

مخازن عظیم هیدروژن زیرزمینی؛ منبع پنهانی از انرژی پاک

براساس مقاله جدیدی که اخیراً در مجله Nature Reviews Earth and Environment منتشر شده، پوسته زمین طی یک میلیارد سال گذشته آن‌قدر هیدروژن تولید کرده که می‌تواند نیاز انرژی امروز بشر را برای ۱۷۰ هزار سال تأمین کند. بااین‌حال، هنوز مشخص نیست چه مقدار از این هیدروژن قابل دستیابی و استخراج و به‌لحاظ اقتصادی، به‌صرفه است.

«کریس بالنتاین»، استاد و رئیس گروه ژئوشیمی در دانشگاه آکسفورد و از محققان، توضیح می‌دهد: «شرایط خاصی که باعث تولید و تجمع گاز هیدروژن می‌شوند، اکنون موردتوجه شرکت‌های اکتشافی قرار گرفته است. این شرایط بسته به محیط زمین‌شناسی می‌تواند متفاوت باشد.»

برای شکل‌گیری مخازن طبیعی هیدروژن، ۳ عنصر کلیدی لازم است: منبع تولید هیدروژن، سنگ‌های مخزن، و لایه‌های پوششی طبیعی که بتوانند گاز را در زیر زمین به دام بیندازند.

به گفته بالنتاین، بیش از ۱۲ فرایند طبیعی می‌تواند منجر به تولید هیدروژن شود. ساده‌ترین آن‌ها واکنش شیمیایی است که مولکول‌های آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌کند. هر نوع سنگی که دست‌کم میزبان یکی از این فرایندها باشد، می‌تواند به‌عنوان منبع بالقوه هیدروژن در نظر گرفته شود.

بالنتاین می‌گوید: «یکی از مناطقی که توجه زیادی را به خود جلب کرده، ایالت کانزاس در آمریکاست؛ جایی که حدود یک میلیارد سال پیش پدیده‌ای زمین‌شناسی به نام «شکاف میان قاره‌ای» (Mid-Continental Rift) شکل گرفته و انباشت عظیمی از سنگ‌ها (عمدتاً بازالت) پدید آورده است. این سنگ‌ها می‌توانند با آب واکنش دهند و هیدروژن تولید کنند. درحال‌حاضر، پژوهشی در جریان است که طی آن، ساختارهای زمین‌شناسی که ممکن است هیدروژن تولیدشده را به دام انداخته و ذخیره کرده باشد، شناسایی شوند.»

مخازن هیدروژن زیرزمینی چگونه شکل گرفته‌اند؟

محققان براساس دانسته‌های پیشین درباره نحوه آزادشدن گازهای دیگر از درون سنگ‌های زیرزمینی، معتقدند که احتمالاً تنش‌های تکتونیکی (زمین‌ساختی) و جریان حرارتی بالا در اعماق پوسته زمین باعث آزاد شدن هیدروژن می‌شوند.

بالنتاین می‌گوید: «این فرایند کمک می‌کند تا هیدروژن به لایه‌های نزدیک سطح زمین برسد و احتمال تجمع آن وجود دارد که می‌تواند به منبع تجاری تبدیل شود.»

براساس یافته‌های این مطالعه، درون پوسته زمین مناطقی وجود دارد که می‌توانند برای شرکت‌های اکتشافی جذاب و امیدبخش باشند؛ ازجمله مجموعه‌های افیولیتی و مناطق وسیع آذرین.

افیولیت‌ها تکه‌هایی از پوسته و گوشته بالایی زمین هستند که در گذشته زیر اقیانوس قرار داشته اما بعدها به خشکی رانده شده‌اند. سال ۲۰۲۴، پژوهشگران مخزن عظیمی از هیدروژن را درون یک مجموعه افیولیتی در کشور آلبانی کشف کردند. سنگ‌های آذرین نیز از انجماد ماگمای آتشفشانی شکل گرفته‌اند.

مخازن عظیم هیدروژن زیرزمینی؛ منبع پنهانی از انرژی پاک — منظره‌ای افیولیتی در ایتالیا. این سنگ‌ها سرشار از آهن هستند که به آن‌ها رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز می‌دهد.

«جان گلویس»، استاد ژئوانرژی، جذب و ذخیره کربن در دانشگاه دورهام بریتانیا و یکی از نویسندگان این پژوهش، می‌گوید: «شرایطی که در این مقاله بررسی شده، اصول پایه‌ای برای اکتشاف هیدروژن هستند. در این مطالعه، مواد اولیه کلیدی مشخص شده‌اند که شرکت‌ها باید هنگام طراحی راهبردهای اکتشافی به آن‌ها توجه کنند؛ ازجمله فرایندهایی که ممکن است موجب جابه‌جایی یا ازبین‌رفتن هیدروژن در زیر زمین شوند.»

«باربارا شروود لولار»، استاد علوم زمین در دانشگاه تورنتو و یکی دیگر از نویسندگان مقاله، دراین‌باره می‌گوید: «ما می‌دانیم که میکروب‌های زیرزمینی از هیدروژن تغذیه می‌کنند. بنابراین، محیط‌هایی که در آن‌ها باکتری‌ها می‌توانند با سنگ‌های تولیدکننده هیدروژن تماس پیدا کنند، احتمالاً گزینه‌های مناسبی برای یافتن مخازن پایدار هیدروژن نیستند.»

هیدروژن پاک می‌تواند ما را تا ۱۷۰ هزار سال از سوخت‌های فسیلی بی‌نیاز کند!

هیدروژن در تولید مواد شیمیایی صنعتی کلیدی مانند متانول و آمونیاک کاربرد دارد؛ آمونیاک یکی از اجزای اصلی در بیشتر کودهای شیمیایی است. همچنین این گاز می‌تواند در گذار از سوخت‌های فسیلی نقش مهمی ایفا کند، زیرا هیدروژن قابلیت تأمین انرژی خودروها و نیروگاه‌ها را دارد.

اما درحال‌حاضر، بیشتر هیدروژن موجود از منابع هیدروکربنی تولید می‌شود؛ به‌همین‌دلیل، فرایند تولید آن با انتشار زیاد دی‌اکسیدکربن همراه است. درمقابل، «هیدروژن پاک» که به‌طور طبیعی در مخازن زیرزمینی وجود دارد، اثر کربنی بسیار کمتری دارد.

بالنتاین می‌گوید: «پوسته زمین به مقدار زیادی هیدروژن تولید می‌کند و اکنون پرسش اصلی این است که چطور می‌توان با دنبال‌کردن «فهرست مواد اولیه» این منابع را پیدا کرد.»

همچنین بخوانید: کدام سیاست‌ها می‌توانند به آینده‌ای با انرژی پاک منجر شوند؟ محققان پاسخ می‌دهند