الهيدروجين الطبيعي.. الوقود المخفي للأرض قد يغير قواعد الطاقة عالميا

لطالما كان توفير الهيدروجين النظيف تحديًا كبيرًا لصناعة الطاقة النظيفة، وتشير أبحاث حديثة إلى أن الأرض قد أنتجت بالفعل كميات أكبر من الهيدروجين مما يستخدمه المجتمع حاليًا، وأن المواقع التي يتجمع فيها هذا الهيدروجين تحت الأرض قد أصبحت معروفة إلى حد كبير.

على مدى مليار سنة الماضية، أنتجت التفاعلات الجيولوجية هيدروجينًا يعادل نحو 170 ألف سنة من استهلاك النفط العالمي الحالي، وما زال جزء منه مخزنًا في القشرة القارية.

«وصفة» البحث عن الهيدروجين الطبيعي

تعمل فرق بحثية في جامعة أكسفورد على تحويل التقارير المتفرقة عن الهيدروجين إلى دليل عملي للتنقيب والاكتشاف.

الدراسة منشورة في Nature Reviews Earth & Environment، قاد هذا العمل البروفيسور كريس بالينتين من قسم علوم الأرض بجامعة أكسفورد، يركز بحثه على الغازات في الصخور التي تكشف عن أماكن تراكم السوائل القيمة وكيفية هروبها.

من خلال تحديد المكوّنات اللازمة، توفر هذه الدراسة للشركات طريقة أوضح للبحث دون إهدار ميزانيات الحفر.

تعتمد الزراعة الحديثة على الأمونيا المصنوعة من الهيدروجين، والتي تدعم نحو نصف إمدادات الغذاء العالمي.
ويستخرج معظم الهيدروجين الصناعي حاليًا من الغاز الطبيعي أو الفحم، ما يؤدي إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون كنفايات.

وفقًا لوكالة الطاقة الدولية، ارتبط استخدام الهيدروجين في عام 2022 بانبعاث 992 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، ويشير أحد طرق الوصول إلى صافي انبعاثات صفرية إلى أن الطلب بحلول عام 2050 قد يصل إلى نحو 584 مليون طن.

كيف تنتج الصخور الهيدروجين

تستمر التفاعلات تحت الأرض في إنتاج الهيدروجين الطبيعي، لكن عمليتين فقط تساهمان في الغالب في الصخور القارية:

– تفاعل الماء مع المعادن الغنية بالحديد في الصخور الفوق أساسية (ultramafic)، حيث يؤدي التأكسد إلى تحرير الهيدروجين.

– التحليل الإشعاعي للماء (Radiolysis) الذي يجزّئ جزيئات الماء باستخدام النشاط الإشعاعي الطبيعي لإنتاج الهيدروجين على مدى طويل.

لكن الإنتاج وحده لا يضمن وجود حقل قابل للحفر.

تحويل الهيدروجين إلى طاقة

يجب أن يتحرك الهيدروجين من صخر المصدر إلى مساحات يمكن أن تتجمع فيها كميات كافية، توفر الشقوق والفوالق والمسامات النفاذية اللازمة لتدفق الهيدروجين مع المياه الجوفية أو كبالونات غازية، ويمكن أن يشير وجود الهيليوم في السوائل المجاورة إلى مسارات مشتركة. كما أن الصخور المؤكسدة أو الكائنات الدقيقة النشطة قد تستهلك الهيدروجين قبل وصوله إلى المصيدة.

الخزانات التي تحبس الهيدروجين

لاكتشاف تجاري، يجب وجود جيب يحتجز الهيدروجين، يمكن أن تنشأ هذه الجيوب عندما تلتقي طبقة مسامية بطبقة حاجزة (Caprock) مثل طبقات الملح، والطين الكثيف، أو الحمم البركانية القديمة، ما يؤدي إلى تراكم الضغط.
بدون حاجز، يختلط الهيدروجين بالمياه الجوفية أو يتسرب إلى الهواء، مما يجعل الاستخراج غير آمن وغير اقتصادي.

أين يضيع الهيدروجين

حتى في الصخور المناسبة، قد يختفي الهيدروجين نتيجة استخدامه من قبل الميكروبات أو تفاعله مع الأكسجين والمعادن، لذلك تفضل عمليات التنقيب المناطق ذات الدوران المائي المحدود والأكسجين المنخفض وعدد أقل من الكائنات الدقيقة.

الصخور المتكررة حول العالم

تجمع بعض المناطق المكونات اللازمة بشكل طبيعي، فالسلاسل الجبلية التي تكشف عن أفيوليتات (Ophiolites) تضع الصخور الغنية بالحديد بجوار فوالق كبيرة، بينما تحتوي الجرانيتات القارية القديمة على عناصر مشعة مثل اليورانيوم والثوريوم، ما يدعم إنتاج الهيدروجين على المدى الطويل، توجد هذه البيئات في عدة دول، ما يستلزم وضع قواعد واضحة للحفر.

الحقول الواقعية والقيود

أظهرت بعض الاكتشافات أن الهيدروجين يمكن أن يتجمع بنقاء عالٍ.
يعتبر بئر مائي بالقرب من بوراكبوجو في مالي، الذي حُفر عام 1987، دراسة حالة شهيرة، لكن الأنظمة القارية تتجدد ببطء، لذا لا يعتبر هذا المصدر متجددًا، يبقى الهيدروجين في الوشاح على شكل ماء على أعماق تزيد عن نحو 90 كيلومترًا، مما يحد من هذا المسار.

مستقبل طاقة الهيدروجين

يمكن للمستكشفين الآن تقييم المناطق بشكل شامل، باستخدام عينات الغاز وكيمياء المياه الجوفية ورسم الخرائط، ثم الحفر فقط حيث تتوافق المصائد والحواجز، كما أن تصميم الآبار بعناية ضروري بسبب قابلية الهيدروجين للاشتعال.

توضح هذه النتائج كيفية إنتاج الأرض للهيدروجين وتحركه وتخزينه، يمكن لوصفة استكشاف قابلة للتكرار أن تفتح مصدرًا تجاريًا تنافسيًا منخفض الكربون للهيدروجين، مما يساهم في تسريع التحول العالمي للطاقة النظيفة.