Газ, который все недооценивали, может спасти планету от углеродной катастрофы

Учёные нашли под землёй 6 триллионов тонн водорода — Live Science

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.

Первая в мире водородная скважина

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.

Энергетическая революция и смена парадигмы

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.

Подземные богатства планеты

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".

Как образуются водородные месторождения

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.

Перспективы и вызовы будущего

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.

Плюсы и минусы природного водорода

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.

Советы по развитию водородной энергетики

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.