В 1987 году недалеко от малийской деревни Буракебугу произошёл случай, который перевернул научные представления об источниках энергии. Рабочий, ничего не подозревая, закурил у нового колодца, и внезапный взрыв расколол землю. Спустя десятилетия стало ясно, что причиной стало скопление водорода, просочившегося из подземного резервуара. Об этом сообщает издание Live Science.
После взрыва скважину законсервировали, посчитав её опасной. Однако в 2011 году нефтегазовая компания Petroma, позже переименованная в Hydroma, решила вернуться к этому объекту. Учёные предположили, что именно здесь можно добывать водород в промышленных масштабах. Уже через год Буракебугу начала получать электроэнергию из подземного источника, став первой в мире деревней, где используется природный водород.
Сегодня эта скважина остаётся уникальной. В топливных элементах водород, соединяясь с кислородом, производит энергию без выбросов парниковых газов — побочными продуктами остаются лишь тепло и вода. Это делает его одним из самых экологичных видов топлива, как и новейшие ветроэнергетические разработки, которые уже меняют подход к генерации чистой энергии. По прогнозам экспертов, к середине века мировой спрос на водород может увеличиться в пять раз, ведь он становится ключевым компонентом не только в энергетике, но и в микроэлектронике, промышленности и транспорте.
Долгое время считалось, что водород, будучи лёгким и активным, не способен задерживаться в земной коре. Но открытие в Мали, а затем и новые находки по всему миру опровергли это убеждение. Компании теперь активно ищут "золотой водород" — природные месторождения, которые могут изменить мировую энергетику. Учёные выделили несколько условий, при которых возможны такие скопления, и разрабатывают методы, имитирующие природное образование газа.
"Чем больше мы начинаем искать, тем больше находим", — отметил геохимик-нефтяник Геологической службы США Джеффри Эллис.
Водород уже давно используется в промышленности: он необходим для производства удобрений, переработки нефти и создания ракетного топлива. Но большая часть существующего водорода производится с применением природного газа, что сопровождается огромными выбросами углекислого газа. Такой вид называют "серым" водородом. Каждый год он добавляет в атмосферу почти миллиард тонн CO₂, что составляет 2,4% мировых выбросов.
Альтернативой стали "зелёный" и "голубой" водород — экологичные варианты, где для получения энергии используют возобновляемые источники и технологии улавливания углерода. Однако их доля пока невелика. На этом фоне открытие природных месторождений может стать настоящим прорывом, ведь такие запасы не требуют промышленной переработки и обладают минимальным углеродным следом.
"Водород — это чистый источник энергии, но способ его получения имеет решающее значение", — подчеркнул профессор геохимии Оксфордского университета Крис Баллентайн.
Учёные пришли к выводу, что земная кора способна производить колоссальные объёмы водорода. По данным исследований Баллентайна, за последний миллиард лет наша планета выработала достаточно газа, чтобы обеспечить человечество энергией на 170 000 лет вперёд. И хотя большая часть улетучилась в атмосферу, эти оценки стали основанием для новой волны исследований.
Некоторые данные показывают, что потенциальные запасы могут быть вдвое больше. Особенно перспективными считаются офиолиты — участки древней океанической коры, надвинутые на материк. По подсчётам, в земной коре может содержаться до 6,2 триллиона тонн водорода, что превышает все оставшиеся мировые запасы нефти в 26 раз.
"Потенциал, который там находится, очень и очень велик", — отметил Эллис. — "И что особенно важно — природный водород хранится прямо в недрах, а выбросы происходят лишь при его добыче".
Исследователи выделили шесть геологических факторов, которые позволяют водороду накапливаться в земной коре. Для начала необходимы два ключевых элемента — подземные воды и породы, содержащие водород. Именно их взаимодействие запускает химические процессы.
"Вода ограничивает производство водорода верхними 16 километрами земной коры", — пояснил Оливер Уорр, доцент геохимии Университета Оттавы.
Наиболее богатые источники — породы с высоким содержанием железа, такие как базальт и габбро. При контакте с горячей водой они выделяют водород через реакции гидратации. Другой путь образования — радиолиз, когда радиоактивные элементы, вроде урана и тория, расщепляют воду на кислород и водород. Этим процессом особенно активны гранитные породы.
Третьим фактором является высокая температура: от 250 до 300 °C, что обеспечивает интенсивное протекание реакций. Четвёртое условие — наличие коллекторских пород, которые могут удерживать газ. Обычно это пористые песчаники, но подойдут и сильно фрагментированные слои других типов. Пятый пункт — герметичная "крышка", не позволяющая газу уходить в атмосферу, например, из сланца или соли. И, наконец, шестое условие — минимальная микробная активность, ведь микроорганизмы потребляют водород.
Исследования продолжаются и в других странах. В Омане, где расположены офиолиты, ведётся пилотный проект по стимулированному производству водорода. Суть технологии заключается в закачке воды в земную кору, чтобы инициировать естественные химические реакции, генерирующие газ.
"Раньше многие относились к идее стимулированного производства скептически, но теперь я вижу большие перемены", — отметил Эллис.
Если человечеству удастся безопасно извлекать природный водород, это может существенно снизить выбросы углерода в таких отраслях, как добыча полезных ископаемых, металлургия и сельское хозяйство. Газ, найденный в глубоких шахтах, можно использовать прямо на месте, обеспечивая энергией промышленные предприятия. Этот подход можно сопоставить с тем, как технологии искусственного фотосинтеза превращают углекислый газ в топливо, сокращая нагрузку на климат.
"Если мы сможем заменить водород, получаемый из углеводородов, чистым природным, то сможем добиться огромных изменений", — добавил Баллентайн.
При этом исследователи признают, что водород не станет панацеей для решения климатического кризиса, но способен стать частью масштабной стратегии декарбонизации. Проблемой остаются высокая стоимость добычи и транспортировки: месторождения часто находятся в труднодоступных районах, где строительство инфраструктуры обходится слишком дорого. Однако учёные уверены, что развитие технологий постепенно снизит эти барьеры.
"Даже если вы находитесь в отдалённом месте, большое месторождение может быть невыгодным из-за затрат на доставку. Здесь приходится искать баланс", — объяснил Баллентайн.
Тем не менее эксперты сохраняют оптимизм. В США уже пробурено более десяти разведочных скважин, и в каждой из них обнаружены признаки водорода. Это даёт основания полагать, что в ближайшие десятилетия человечество может открыть новую эру чистой энергии.
Природный водород имеет очевидные преимущества перед промышленным:
не требует энергоёмкого производства;
обладает крайне низким углеродным следом;
способен обеспечивать стабильное энергоснабжение;
хранится естественным образом в земной коре.
Однако существуют и трудности:
высокая стоимость разведки и бурения;
неопределённость местоположения крупных запасов;
сложность транспортировки;
отсутствие развитой инфраструктуры для хранения и распределения.
Разрабатывать технологии безопасного бурения и улавливания водорода.
Создавать международные консорциумы для обмена геологическими данными.
Развивать инфраструктуру хранения и транспортировки газа.
Внедрять гибридные системы, совмещающие природный и "зелёный" водород.
Инвестировать в образование и научные программы, чтобы ускорить переход к новым источникам энергии.
1. Что делает природный водород экологичным источником энергии?
Он не требует сжигания топлива и выделяет лишь воду и тепло, не загрязняя атмосферу.
2. Где можно найти природные месторождения водорода?
Перспективные регионы — Африка, Северная Америка и Ближний Восток, где есть железистые и гранитные породы.
3. Сколько природного водорода находится в земной коре?
По оценкам, около 6 триллионов тонн — этого достаточно, чтобы заменить ископаемое топливо на сотни лет.