よりクリーンな産業とエネルギーに不可欠とみなされる燃料にとって、クリーンな水素の供給は常に困難な部分でした。新しい研究は、地球自体が現在社会で使用されている量よりもはるかに多くの水素をすでに生成しており、それが地下のどこに集まるかはもはや謎ではない可能性があることを示唆しています。
過去 10 億年にわたり、地質学的反応により、現在の世界の石油使用量の約 17 万年分に相当するエネルギーの水素が生成され、その水素の一部は今も大陸の地殻に貯蔵されています。
天然水素を見つけるための「レシピ」
のチーム オックスフォード大学 彼らは散在する水素報告を実用的な探査レシピに変えようとしている。
この研究は、イギリスのオックスフォード大学地球科学部のクリス・バレンタイン教授が主導しました。彼の研究は、貴重な液体がどこに蓄積し、どのように流出するかを明らかにすることができる岩石中のガスに焦点を当てています。
必要な要素をレイアウトすることで、チームは企業に掘削予算を無駄にせずに検索するためのより明確な方法を提供します。
現代の農業は水素から作られるアンモニアに依存しています。 肥料 世界の食糧供給の約半分を支えています。
ほとんどの工業用水素は天然ガスまたは石炭から取り出され、熱と化学物質により二酸化炭素が廃棄物として放出されます。
国際エネルギー機関のその概要は、2022 年の水素使用量と 9 億 9,200 万トンの二酸化炭素排出量を結び付けています。
1 つのネット ゼロ ロードマップは、実質ゼロ排出を達成する方法を概説した国際的な気候変動経路によると、2050 年の需要は 5 億 8,400 万トン近くになると予想されています。
岩石が水素を作るしくみ
地下深部の反応により天然水素が生成され続けていますが、大陸の岩石中でその大部分は 2 つのプロセスだけで生成されます。
水は、鉄分を多く含む深層岩石である超苦鉄質岩に含まれる鉄分が豊富な鉱物と反応し、その酸化により水素が発生します。
放射線分解によって水が分解するとき、つまり自然の放射能によって水が分解されるときに他の水素が形成されますが、レビューではそれがどこで起こるかを説明しています。
これらの反応は数千年から数億年にわたって続く可能性があるため、生成だけでは掘削可能なフィールドが保証されません。
水素をエネルギーに変える
水素はその源となる岩石を離れ、十分な水素が集まる空間に移動する必要があります。
亀裂、断層、細孔は浸透性、つまり流体の移動を容易にし、水素を地下水または泡として上向きに流れさせます。
この分子は小さいため、小さな開口部をすり抜けてしまう可能性があり、近くの流体中のヘリウムが共有経路にフラグを立てる可能性があります。
ルートが酸化岩や活動的な微生物を横切る場合、水素の多くはトラップに到達する前に消滅する可能性があります。
再生可能エネルギー源からのグリーン水素のコストは、規模の経済性と技術効率により、2050 年までに低下すると予想されています。天然水素のコストと二酸化炭素排出量は、ガス貯蔵所の生産品質と水素の純度によって決まります。天然水素のコストと二酸化炭素排出量を考えると、天然水素は競争力の高い水素源となるでしょう。クレジット: Nature Reviews Earth & Environmental。画像をクリックすると拡大します。
水素を保持するシール
商業的な発見には、開いた地面からゆっくりと漏れ出すだけではなく、水素を保持するポケットが必要です。
多孔質層がキャップロック（水素の流出を阻止する緻密な層）に接触すると、水素がたまり、圧力が高まります。
塩層、緻密な粘土、さらには古い溶岩流でさえ、後で亀裂がそれらを切り裂かないときにシールとして機能する可能性があります。
シールがないと、水素が地下水に混入したり、空気に排出されたりして、抽出が安全でなく不経済になります。
水素が失われる場所
適切な岩石であっても、地下に飢えた生物や反応性の鉱物が存在する場合、天然の水素は消失する可能性があります。
多くの地下微生物は代謝、つまり細胞に動力を供給する化学反応に水素を使用し、水素を水やメタンに変換します。
水素が溶存酸素または金属酸化物と出会うときに他の損失が発生し、それらの反応によって水素が消費されます。
したがって、探査では、水の循環が制限され、酸素が少なく、成長する水素ポケットに到達できる微生物が少ない環境が好まれます。
世界中で繰り返される岩
複数の一般的な地域で成分が近接しているため、検索は 1 つの大陸に限定されません。
山岳地帯では、陸地に押し出された海洋地殻の一部であるオフィオライトが露出し、主要な断層の隣に鉄分が豊富な岩石が配置されることがあります。
古い大陸の花崗岩は、放射線を放出する放射性元素、ウランとトリウムを保持することができ、長期にわたって水素の生成をサポートします。
このような状況は多くの国で発生するため、企業が広範囲にわたる掘削を開始する前に、規制当局やコミュニティは明確なルールを必要とします。
実際のフィールドとハードリミット
水素が高純度で蓄積できることがいくつかの発見で示されていますが、ほとんどの地域ではまだ詳細な測定が不足しています。
マリのブーラケブグー近くの畑では、1987 年に井戸が井戸に変わりました。 ケーススタディ 閉じ込められた水素の場合。
このレビューでは、大陸システムは急速に再充電されないため、この供給を再生可能として扱うべきではないと警告しています。
研究者らはまた、マントルの水素は深さ約56マイル以上で水として留まり、その経路を制限していると主張している。
水素エネルギーの未来
探索者は、水素のヒントを個別に追うのではなく、システム全体の領域をスクリーニングできるようになりました。
現場チームは、ガスのサンプリング、地下水の化学的性質、および慎重なマッピングを組み合わせて、トラップとシールが配置されている場所のみを掘削できます。
「再現可能で成功した探査レシピが 1 つあれば、エネルギー転換に大きく貢献する、商業的に競争力のある低炭素水素源の鍵が開かれます。私たちは、これらの材料を組み合わせてそのレシピを見つけるための適切な経験を持っています。」とバレンタイン氏は述べています。
水素は引火性が高く、漏洩した水素は作業者や近隣住民に危険を及ぼす可能性があるため、井戸の設計には慎重さが重要です。
まとめると、成分の概要は、地球がどのように水素を生成し、移動させ、時には後で使用するためにそれを保管するかを示しています。
業界は依然として相当量の埋蔵量を証明し、漏洩を管理する必要があるが、より明確な探索戦略により、クリーンな供給のコストを削減できる可能性がある。
この研究は、 自然。
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Eric Ralls と Earth.com が提供する無料アプリ、EarthSnap で私たちをチェックしてください。
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#クリーンな水素を見つけるレシピはエネルギー戦略を変えるかもしれない