Naturalny wodór ukryty pod Ziemią. Można pozyskać go łatwiej i taniej

Wodór od lat uważany jest za paliwo, które może stanowić jeden z motorów transformacji energetycznej. Jest stosunkowo łatwy w obróbce, transporcie i wykorzystaniu, dobrze magazynuje energię, a jednocześnie jego spalanie nie emituje żadnych zanieczyszczeń, w tym gazów cieplarnianych. Dlatego powszechnie uważany jest za doskonały sposób na przechowywanie i dystrybucję energii produkowanej dzięki odnawialnym źródłom. Oraz na stosowanie czystych paliw w branżach, których dekarbonizacja jest wyzwaniem - na przykład w produkcji stali czy cementu.

Problemem jest to, że dziś większość wykorzystywanego przez ludzkość wodoru jest produkowana z gazu ziemnego, a jego produkcja wiąże się z wysokimi emisjami metanu, co niweluje środowiskowe korzyści paliwa. Wodór można wyprodukować inaczej - wykorzystując energię ze źródeł odnawialnych czy elektrowni atomowych do rozbijania cząsteczek morskiej wody - ale na razie tego rodzaju projekty nie osiągnęły skali, przy której istotnie wpływałyby na gospodarkę.

Okazuje się jednak, że może uda się pozyskać wodór łatwiej i taniej. Geologowie odkryli, że pod powierzchnią Ziemi mogą znajdować się ogromne zasoby tego gazu, gotowe do wykorzystania jeśli tylko zdołamy je odnaleźć i się do nich dowiercić.

Dwa pierwsze płytko położone złoża wodoru odkryto w 2012 r. w Mali. Przypadkiem. Do dziś złoże w Mali pozostaje jedynym dużym potwierdzonym rezerwuarem paliwa. Próby poszukiwań, prowadzone od Nebraski po Chiny, nie przyniosły przekonujących rezultatów. „Znalezienie podziemnych zasobów nie jest proste” – tłumaczy Geoff Ellis z USGS, cytowany przez „New Scientist”. Ellis podkreśla jednak, że brak dużych odkryć nie oznacza, że warto zaniechać dalszych badań.

W 2022 roku Ellis wraz z Sarah Gelman (USGS) opracowali model szacujący ilość wodoru w skorupie Ziemi. Uwzględniając różne procesy generowania wodoru, oszacowali jego zasoby na od dziesiątek miliardów do biliardów ton, z najbardziej prawdopodobną wartością rzędu kilku bilionów ton. „Jeśli udałoby się wykorzystać zaledwie 2% tych zasobów, moglibyśmy zaspokoić globalne zapotrzebowanie na wieki” – mówi Ellis.

Najprawdopodobniejsze zasoby geologicznego wodoru wynoszą ok. 5,6 × 10^6 milionów ton. Zdaniem badaczy nawet niewielka część tych zasobów mogłaby przez setki lat pokrywać światowe zapotrzebowanie. „Ta ilość wodoru zawiera ponad dwa razy więcej energii niż znane rezerwy gazu ziemnego na Ziemi” – podkreślają naukowcy w badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Science Advances”.

Mimo takich szacunków duże rezerwuary pozostają nieodkryte. „Byłbym zszokowany, gdyby ktoś już znalazł taki rezerwuar” mówi Victor Awosiji z Stanford University w Kalifornii, cytowany przez „New Scientist”. Awosiji uważa też, że firmy mogą nie ujawniać wyników badań, dopóki nie zapewnią sobie praw do eksploatacji. „Eksploracja to gra podobna do pokera” – twierdzi.

Zdaniem Douga Wicksa z amerykańskiego programu rozwoju zaawansowanych technologii energetycznych ARPA-E, głównym problemem nie jest brak technologii, lecz ryzyko finansowe. „Prawdziwe wyzwanie to oszacowanie rozmiaru zasobów, by przekonać banki” – powiedział Wicks na spotkaniu American Geophysical Union. Firmy wolą czekać, aż pojawią się twarde dane. Istnieją już techniki wierceń i eksploatacji, ale bez pewności co do zasobów kapitał płynie niechętnie.

Część badaczy próbuje nowego podejścia. Zamiast szukać gotowych zasobów, chcą stymulować ich powstawanie, wstrzykując wodę, ciepło i chemikalia w skały. Program, którym kieruje Wicks w ARPA-E, ma obiecujące wyniki, choć na razie brak szczegółów.

Kluczowe jest zrozumienie, czy wodór może gromadzić się w pułapkach geologicznych, zanim zjedzą go mikroby lub przereaguje z otoczeniem. „My teraz rywalizujemy z mikrobami o ten wodór” – przypomina Sherwood Lollar. Według Ellis i Gelman reakcje chemiczne oraz aktywność mikroorganizmów mają ogromny wpływ na ilość dostępnego wodoru.

Badacze piszą, że niektóre skały mogą generować znaczne ilości wodoru, gdy zawarte w nich żelazo reaguje z wodą. James Leong z Miami University (Ohio) zaprezentował wyniki sugerujące, że część skał może tworzyć sporo wodoru, ale w wielu przypadkach jednocześnie w ramach tej samej reakcji powstają wtórne minerały ograniczające wydajność całego procesu.

Model opisany w „Science Advances” to próba oszacowania zasobów wodoru metodą bilansową. Nawet jeśli większość wodoru nie będzie dostępna, to i tak niewielki ułamek mógłby bardzo pomóc w dekarbonizacji energetyki. Problemem pozostaje brak wiedzy o tym, gdzie znajdują się konkretne zasoby i jak je szybko znaleźć.

Szybkość wykorzystania to klucz. Jeśli wydobycie geologicznego wodoru ma pomóc w osiąganiu celów klimatycznych, musi nastąpić szybko, a nie dopiero po dekadach czy stuleciach badań. Ellis i Gelman porównują to do rewolucji gazu łupkowego w USA, która w krótkim czasie zmieniła rynek energii. Jeśli firmy opanują metody lokalizacji i wydobycia wodoru, może on zostać istotnym elementem miksu energetycznego.

Choć na razie nie mamy potwierdzonych, dostępnych źródeł geologicznego wodoru, mamy sygnały, takie jak wysokie stężenia wodoru w starych odwiertach we Francji i Australii czy rekordowy wypływ wodoru w kopalni w Albanii. Wszystkie te znaleziska były jednak dokonane przypadkowo. Nikt jeszcze nie znalazł zasobów geologicznego wodoru umyślnie, szukając właśnie wodoru.

Badacze przyznają, że podobnie było początkowo z ropą i gazem ziemnym. Odkrycie bogatych rezerwuarów tych paliw zajęło dziesięciolecia. Z wodorem może być równie trudno. A to sprawia, że przyszłość geologicznego wodoru wciąż jest niepewna.