يمكننا توليد الهيدروجين من الصخور أثناء تخزين ثاني أكسيد الكربون فيها

نحن في حاجة ماسة إلى الهيدروجين النظيف للعمليات التي لا يمكن تشغيلها بالكهرباء المتجددة – وقد يكون من الممكن توليد كميات هائلة من الصخور في أعماق الأرض مع احتجاز ثاني أكسيد الكربون في نفس الوقت.

وقد أظهر الباحثون في جامعة تكساس في أوستن أن هذه العملية تعمل مع نوع واحد من الصخور الشائعة في الدراسات المعملية. إنهم يريدون الآن العمل مع الشركات في التجارب الميدانية.

تقول عضوة الفريق أورسوليا جيلينسير: “نأمل أن نثبت أننا سنكون قادرين على توليد الهيدروجين اقتصاديًا مع عزل ثاني أكسيد الكربون”. وتقول إنه قد يكون من الممكن توليد الطاقة الحرارية الأرضية في نفس الوقت.

ينتج عن حرق الهيدروجين الماء فقط، لذلك لا يسبب الاحتباس الحراري. وبالتالي يمكن للهيدروجين أن يلعب دورا رئيسيا في تحقيق صافي الصفر، على سبيل المثال من خلال المساعدة في إزالة الكربون من العمليات الصناعية مثل إنتاج الأسمدة وصناعة الصلب.

تكمن المشكلة في أن كل الهيدروجين تقريبًا مصنوع حاليًا من الوقود الأحفوري، مما يعني انبعاث الكثير من ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاجه. إحدى الطرق لتجنب هذه الانبعاثات هي استخدام طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية لتقسيم المياه، مما ينتج عنه الهيدروجين والأكسجين.

لقد بدأنا في القيام بذلك، لكن الهيدروجين المصنوع بهذه الطريقة أكثر تكلفة في الوقت الحالي. وسيتطلب إنتاجها على نطاق واسع أيضًا كميات هائلة من الطاقة المتجددة، مما يعني أن قدرًا أقل من هذه الطاقة الخضراء سيكون متاحًا لأغراض أخرى، مثل استبدال محطات الطاقة التي تعمل بالفحم.

ومن هنا جاءت الزيادة الأخيرة في الاهتمام بالهيدروجين الطبيعي أو الجيولوجي. يمكن لعدة عمليات توليد الهيدروجين في الصخور، وفي الظروف المناسبة، يمكن أن يتراكم الغاز ويتم استخراجه بطرق مشابهة للغاز الطبيعي. يمكن أن يكون هذا نظيفًا ورخيصًا، لكن لا أحد يعرف حتى الآن كمية الهيدروجين الطبيعي المتوفرة للامتصاص. وفي حين يعتقد بعض الباحثين أنه قد تكون هناك كميات هائلة في انتظار استغلالها، يعتقد آخرون – بما في ذلك جيلينسير – أن موارد الهيدروجين الطبيعية قد تكون محدودة.

المكان الوحيد الذي يتم فيه استخراج واستغلال الهيدروجين الطبيعي النقي تقريبًا هو قرية في مالي تسمى بوراكيبوجو، وذلك على نطاق صغير فقط.

يقول جيلينسير: “أعتقد أنها حالة خاصة جدًا”. وتقول إن الهيدروجين يتم إنتاجه عادة بمعدلات منخفضة، ولأن جزيئاته صغيرة، فمن النادر أن توفر الصخور المغطاة ختمًا جيدًا وتسمح له بالتراكم.

لذا، تعمل العديد من المجموعات حول العالم الآن على إيجاد طرق لتوليد الهيدروجين من الصخور، بدلاً من انتظار حدوثه بشكل طبيعي. يُعرف هذا النهج باسم إنتاج الهيدروجين المحفز، وتجري بالفعل تجارب على طرق مختلفة.

إحدى الطرق للقيام بذلك هي ببساطة ضخ المياه تحت الأرض. يتفاعل الماء مع أنواع معينة من الصخور لتكوين الهيدروجين في عملية تسمى السربنتينية، وهي مصدر الكثير من الهيدروجين الطبيعي. يؤدي ضخ المزيد من المياه إلى تسريع العملية.

ما أدركه جيلينسير وآخرون هو أن أي ثاني أكسيد الكربون المضاف إلى الماء يجب أن يتفاعل مع الصخور ويحتجز على شكل كربونات. وتقوم شركة تدعى كاربفيكس بالفعل بتعدين ثاني أكسيد الكربون في أيسلندا عن طريق إضافته إلى المياه التي يتم ضخها تحت الأرض في محطة للطاقة الحرارية الأرضية.

وقد أجرت جيلينسير وزملاؤها الآن اختبارات معملية باستخدام نوع من الصخور البركانية الغنية بالحديد. وضعوا عينات من الصخور في حاوية مضغوطة بدرجة 1.2 إلى 1.7 ميجا باسكال، وتم تسخينها إلى 90 درجة مئوية لمحاكاة الظروف في العمق، وأضافوا إما الماء مع ثاني أكسيد الكربون أو الماء مع غاز الأرجون الخامل كعنصر تحكم. أطلق الماء الغني بثاني أكسيد الكربون المزيد من الهيدروجين، ربما لأن ثاني أكسيد الكربون يشكل حمض الكربونيك الذي يذيب جزءًا من الصخور وبالتالي يسمح لمزيد من الماء بالتفاعل مع الصخور. كان هناك تمعدن ثاني أكسيد الكربون، كما هو متوقع، ويمكن تعزيز إنتاج الهيدروجين بشكل أكبر عن طريق إضافة كلوريد النيكل كعامل محفز، كما قال جيلينسير في اجتماع عقد مؤخرًا للاتحاد الأوروبي لعلوم الأرض في فيينا.

وتمكن الباحثون من إطلاق حوالي 0.5% من الهيدروجين الذي كان من الممكن نظريًا الحصول عليه من تفاعل الماء مع الصخور. ويعتقدون أنهم بحاجة إلى زيادة هذه النسبة إلى 1 في المائة لجعل العملية ممكنة. يقول جيلينسير إن إحدى الطرق للقيام بذلك هي التعمق أكثر، حيث تكون درجات الحرارة أعلى، حيث يؤدي ذلك إلى تعزيز عملية السربنتينية. وهذا من شأنه أن يكلف أكثر، ولكن قد يكون من الممكن أيضا استغلال درجات الحرارة المرتفعة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية.

على الصعيد العالمي، هناك كميات هائلة من الصخور الغنية بالحديد من هذا النوع، والتي، حتى بكفاءة 1 في المائة، يمكن أن تنتج هيدروجينًا أكثر بكثير من 100 مليون طن يتم إنتاجها حاليًا حول العالم.

تقول باربرا شيروود لولار من جامعة تورنتو: “إنه عمل جيد”.

يقول ألياكسي باتونيا من جامعة أكسفورد في المملكة المتحدة: “هناك بالتأكيد اهتمام متزايد بالمناهج التي تجمع بين إنتاج الهيدروجين الجيولوجي المحفز وتمعدن ثاني أكسيد الكربون”. “يقوم عدد من المجموعات والشركات الناشئة باستكشاف الاختلافات في هذا المفهوم.”

يقول باتونيا إنه إذا تمكنت الشركات من فرض رسوم على عزل ثاني أكسيد الكربون بهذه الطريقة، كما هو الحال مع كاربفيكس، فإن الإيرادات الإضافية ستقلل من المخاطر وتجعل المشاريع أكثر جاذبية للمستثمرين. ولكن يبقى أن نرى ما إذا كان أي من هذه الأساليب سيكون قابلاً للتطبيق.

يعتقد شيروود لولار أننا يجب أن نستغل الكميات الصغيرة من الهيدروجين الطبيعي الذي نعرفه بالإضافة إلى استكشاف إنتاج الهيدروجين المحفز. لقد أظهر فريقها للتو أن منجمًا في تيمينز، أونتاريو، ينبعث منه حوالي 140 طنًا من الهيدروجين سنويًا، على سبيل المثال، وهو ما يمكن استغلاله محليًا.

وتقول: “لا توجد رصاصة فضية”. “كل واحد من هذه الأساليب المحتملة يمكن أن يساهم، وينبغي أن يساهم، ونحن بحاجة إلى التحرك بسرعة بشأنها.”