Természetes hidrogén geológiai érdekesség vagy fő energiaforrás a jövőben
E2S, Pau Egyetem és Pays de l'Adour
A Műszaki Akadémia tagja
Egy évszázaddal ezelőtt szénégetéssel városi gázt készítettünk, majd nagy földgáztartalékokat találtunk, és leállítottuk ennek a "natívnál" drágább, erősen mérgező CO-tartalmú és szennyező gáz előállítását. Ugyanez az evolúció zajlik le a hidrogén esetében is? Az elfogyasztott hidrogént jelenleg főleg metánból, vagy általánosabban szénhidrogénekből állítják elő gőzkrakkolással, ez a termelési módszer nyilvánvalóan nagyon szén-dioxid-intenzív.
A hidrogén a föld alatt és alatt is létezik, és annak közvetlen kivonása, bár napjainkban is anekdotikus, kezd komolyan mérlegelni annak érdekében, hogy valóban "zöld" és olcsó hidrogén legyen (1). Vegyük számba a tudást és a nyitott kérdéseket.
Mi a "természetes" hidrogén eredete ?
A hidrogén jelen van az univerzumban, ott még a leggyakoribb molekula is. A Föld légkörében azonban csak nagyon kis mennyiségben (0,5 ppm körül) létezik. A Földön a hidrogént főleg kombinált formában találjuk - oxigénnel a vízben (H20), szénnel (CH4, C2H6 stb.), De közvetlenül gáz halmazállapotban is.
Számos jelenség folyamatos hidrogénképződést okoz a földkéregben. A víz/kőzet kölcsönhatás, a diagenesis az oxidációs jelenségek során felszabadítja a hidrogént a vízből, amelyek különböző geológiai összefüggésekben megfigyelhetők. Amint például "vas" vas (Fe 2+) érintkezik a vízzel (tenger vagy eső), oxidálódik vas (III) Fe 3+ néven és hidrogént szabadít fel. Ugyanez a reakció elvégezhető más fémekkel is, például magnéziummal; gyors és hatékony magas hőmérsékleten - 300 ° C körül -, de alacsonyabb hőmérsékleten is lehetséges.
A természetes hidrogén egyéb forrásai ismertek: a földkéreg természetes radioaktivitása (2) (radiolízis) különösen a hidrogént és az oxigént képes elválasztani a vízből és felszabadítani ezeket a gázokat.
Nagy mennyiségű "esszenciális" H2 megőrzése szintén néhány kutató által feltárt út.
Az első két forrás - a diagenesis és a radiolízis - által a hidrogén természetes áramlására vonatkozó becslések fontosak, de még mindig nem túl pontosak: a szerzők szerint a világ jelenlegi hidrogénfogyasztásának néhány százalékától 100% -áig változnak kb. 70%). Mt/év). A töréssíkok súrlódása és egyes baktériumok aktivitása szintén hidrogént szabadít fel, de feltehetően kisebb mennyiségben. Fontos megjegyezni, hogy ezekben az esetekben mind hidrogénáramlásról van szó, és nem fosszilis erőforrásról.
Ugyanakkor a nagy mennyiségű „ős” H2 megőrzése (amely a Naprendszer megindításakor, a köpenyben van, még a Föld magjában is a Föld kialakulása során) néhány kutató által feltárt pálya: ebben az esetben fosszilis, de szinte végtelen erőforrás lenne. Összehasonlításképpen: az olajipar kezdete óta kitermelt összes olajmennyiség (≈ 240 km 3) megegyezik a Sainte-Victoire-hegy térfogatával… összehasonlítva a földköpeny térfogatával (≈ 920. 10 9 km 3)…
Hol fordulnak elő ezek a reakciók ?
Az óceán közepén található tengeralattjáró vulkánok által kibocsátott kőzetásványok, különösen az olivin, vízzel érintkezve oxidálódnak és hidrogént szabadítanak fel. Az Atlanti-óceán közepén fekvő dohányosok számára ezeket az emanációkat régóta tanulmányozzák, különösen azért, hogy megértsék az élet megjelenését a Földön.
Tucat évvel ezelőtt egyes szerzők még számításokat is végeztek ennek a hidrogénnek a tengeren és nagy mélységben történő visszanyerésének gazdaságosságáról (3). Akkor még senki nem figyelt rá, mivel a feltételeket - a víz mélységét, a parttól való távolságot - a nagy hidrogénáram ellenére is túl nehéznek tartották a rendszer takarékosságára.
Az ománi szultánság és a Fülöp-szigetek a legtöbbet vizsgált eset, de a hidrogén-kibocsátást Új-Kaledóniában vagy akár a Pireneusokban is észlelték.
Ez az ipar, csakúgy, mint az összes többi természeti erőforrás, csak a szárazföldön indulhat. Szerencsére ezt a típusú vulkánt ott is megfigyelik, ahol az óceán közepén hullámzások jelennek meg, amelyek utóbbiak az Afar-mélyedés szintjén (Afrika szarva (4)) alakulhatnak ki, vagy olyan mélyebb jelenségek (forró pont) idézik elő, mint pl. Izlandon. Valójában ezen a szigeten a hasadék középtengelyének fumarolái mind hidrogént tartalmaznak; Jelenleg az erőművekben csak a víz kalóriáját, a hőátadó folyadékot használják fel, de lehet más is. Általában sok területen lehetséges lenne a hidrotermelés a geotermikus energia felületi elválasztásával. Ez a pálya számunkra úgy tűnik, hogy felfedezhető, figyelembe véve azokat a nehézségeket, amelyekkel számos magas hőmérsékletű geotermikus projekt gazdasági megvalósítása során találkoztunk.
Ezek az oxidálódni képes óceáni kéregek megtalálhatók a felszínen vagy a felszín közelében is a varrat területén, ahol a foltok összenyomódása és halmozása hegyeket képez. Az ománi szultánság és a Fülöp-szigetek a legtöbbet vizsgált eset, de Új-Kaledóniában vagy akár a Pireneusokban is figyeltek meg hidrogéngőzöket. Gyakran ez a hidrogén azonnal reagál a légkör szén-dioxidjával, és karbonáttá csapódik le: a CO2 természetes és látványos megkötése és felhasználása (CCU).
Egy másik geológiai összefüggés: a proterozoikus kratonok (több mint félmilliárd évesek). A szárazföldi hidrogént Oroszországban (Moszkva környékén), az Egyesült Államokban (Dél-Karolina, Kansas), de sok más helyen is megfigyelték, amint azt a kutató 2020-ban közzétett összefoglalója is bizonyítja. Viacheslav Zgonnik (5), aki azonosította több százan. A forrás viszonylag hasonló lehet: egy vasban gazdag anyag oxidációja és a H2 felszabadulása, ezek a felületi szivárgások szisztematikusan olyan régiókban vannak, ahol az alap nagyon régi és fémekben gazdag.