تیمهای پژوهشی و استارتاپها در جهان برای برداشت هیدروژن موجود در دل زمین تلاش میکنند. پرسش کلیدی این است که چقدر از این هیدروژن قابل برداشت است و چقدر از آن میتواند به تامین انرژی پایدار کمک کند.
شواهدی از اعماق: معدن کید کریک
در دهه 1990 باربارا شرود لالر و همکارانش در معدن کید کریک در شمال انتاریو آبهایی یافتند که بیش از یک میلیارد سال در اعماق محبوس مانده و میزبان میکروبهایی بودند که از هیدروژن تغذیه میکردند. تحلیل دادههای طولانیمدت نشان داد هر یک از 35 چاه مورد بررسی بهطور متوسط حدود 8 کیلوگرم هیدروژن در سال آزاد میکنند؛ اگر این نرخ را به بیش از 14,000 چاه تعمیم دهیم، حدود 140 تن متریک هیدروژن سالانه از هواکشهای معدن خارج میشود.
انتشار اولیه این تحلیل در PNAS نشان میدهد که جمعآوری این جریانها در مقیاس محلی میتواند سهم قابلتوجهی از مصرف انرژی معدن را تامین کند و نمونهای عملی از پتانسیل هیدروژن زمینشناختی ارائه دهد.
شواهد جهانی و اظهارنظر کارشناسان
پژوهشگران مانند لوران تروشه از دانشگاه گرونوبل آلپ موارد مشابهی را در نقاط دیگر گزارش کردهاند. تیم او در 2024 اعلام کرد که حداقل 200 تن متریک هیدروژن سالانه از معدن کروم بولقیزه در آلبانی خارج میشود. چنین یافتههایی نشان میدهد تولید و مهاجرت طبیعی هیدروژن در زمین یک پدیده ژئوشیمیایی واقعی است، اما سوال عملی این است که چگونه این منابع را بهصورت اقتصادی و پایدار استخراج کرد.
دو مسیر برای بهرهبرداری از هیدروژن زمینشناختی
روشهای اصلی برداشت هیدروژن زیرزمینی به دو گروه تقسیم میشوند:
- برداشت مستقیم: شناسایی و جمعآوری هیدروژنی که بهصورت طبیعی در مخازن، راههای خروج یا هواکشهای معدن تجمع یافته است.
- تحریک تولید: القای واکنشهای زمینشیمیایی با تزریق آب، گرما یا کاتالیزور به سنگهای واکنشی برای افزایش تولید هیدروژن.
نمونهای از تحریک کنترلشده در عمان ثبت شده است: یک چاه یککیلومتری حفر و حدود 50,000 متر مکعب آب تزریق شد. پس از چند ماه، هنگام باز کردن چاه، گازی بیرون آمد که نزدیک به 90٪ آن هیدروژن بود. این تجربه امکانپذیری روش القایی را نشان داد؛ با این حال هنوز روشن نیست هیدروژن برداشتشده کاملاً تازه تولید شده بود یا پیش از تزریق در سنگ ذخیره شده بود.
حمایت مالی و پژوهشی
آژانسهایی مانند ARPA-E پروژههایی را برای شتابدهی تحقیق و توسعه در حوزه هیدروژن زمینشناختی تامین مالی کردهاند. برخی برنامهها هدفگذاری کردهاند نرخ تولید القایی هیدروژن را تا چند هزار برابر افزایش دهند؛ پژوهشگران معتقدند در آن مقیاس، تولید القایی میتواند از نظر اقتصادی رقابتی شود.
موانع فنی، اقتصادی و زیستمحیطی
چالشهای اصلی برای تجاری شدن هیدروژن زمینشناختی شامل موارد زیر است:
- پیوستگی و پایداری تولید در طول زمان؛
- هزینههای حفاری، جمعآوری و بازیافت گاز در عمق؛
- ریسکهای زیستمحیطی ناشی از تزریق سیالات و تغییرات هیدروژئوشیمیایی؛
- نیاز به زیرساخت انتقال و ذخیرهسازی هیدروژن؛
- محدودیت و پراکندگی دادهها و محافظت شرکتها از اطلاعات اکتشافی بهدلیل رقابت و جذب سرمایه.
آزمایشهای میدانی و معیارهای سنجش کارایی
برای تعیین قابلیتپذیری اقتصادی و فنی، آزمایشهای میدانی شفاف و قابل تکرار ضروری است. این آزمایشها باید معیارهای روشنی را گزارش کنند:
- نرخ تولید و استمرار آن در بازههای زمانی مشخص؛
- مقدار واقعی هیدروژنی که قابل جمعآوری است؛
- ترکیب گازی و نسبت هیدروژن به سایر گازها؛
- تاثیرات زیستمحیطی کوتاهمدت و بلندمدت؛
- برآورد هزینهها و محاسبات اقتصادی برای مقیاسهای مختلف.
منابع محلی کوچک میتوانند نقطه شروع عملی باشند: اگر یک معدن بتواند با جمعآوری هیدروژن بخشی از نیاز انرژی خود را تأمین کند، مدلهای فنی و تجاری قابل تکثیر خواهند بود.
چشمانداز و گامهای بعدی
پاسخ به میزان هیدروژن زیرزمینی قابل استفاده تنها از مسیر اکتشاف و آزمایش مستمر بهدست میآید. ترکیب دانش ژئوشیمی، مهندسی میدانی، شفافیت دادهها و سرمایهگذاری هدفمند میتواند مشخص کند آیا هیدروژن زمینشناختی نقش کلیدی در گذار به انرژی پاک ایفا خواهد کرد یا به گزینهای تکمیلی محدود میماند. گامهای بعدی باید معطوف به توسعه روشهای پایدار جمعآوری، افزایش دادههای میدانی و طراحی چارچوبهای ارزیابی اقتصادی و زیستمحیطی باشد.
