كشف علماء عن أدلة جديدة على أن غاز الهيدروجين الطبيعي، الموجود في أعماق قشرة الأرض، يمكن أن يوفر موردا هائلا للطاقة النظيفة يعادل 170 ألف عام من استهلاك النفط العالمي الحالي.
ويشير هذا الاكتشاف إلى أن “الهيدروجين الطبيعي” قد يلعب دورا مهما في التحول العالمي بمجال الطاقة، إذا ما تم إيجاد طريقة للعثور عليه واستخراجه بكلفة منخفضة.
وتشرح الدراسة، التي أجراها باحثون من جامعة أكسفورد وجامعة تورنتو وجامعة دورهام، والمنشورة مؤخرا في دورية “نيتشر ريفيوز إيرث آند إينفيرونمنت”، كيفية تراكم الهيدروجين في القشرة القارية للأرض من خلال عمليات طبيعية مستمرة منذ مليارات السنين.
كما تُظهر الدراسة أيضا أنه يمكن استخراج هذا الهيدروجين الطبيعي ببصمة كربونية ضئيلة خلافا للهيدروجين المصنّع، الذي يُنتج حاليا عشرات الملايين من الأطنان من ثاني أكسيد الكربون كل عام.
وقود العالم الجديد
ويعتقد العلماء أن الهيدروجين لم يعد مجرد خيار للوقود النظيف، بل ضرورة، فهو يساعد في إطعام نصف سكان العالم من خلال تشغيل إنتاج الأسمدة، ويشكّل جوهر معظم الخطط الرامية إلى تحقيق مستقبل خالٍ من الكربون.
ومع ذلك، فإن معظم الهيدروجين اليوم يأتي من الهيدروكربونات، مما يجعل إنتاجه مصدر حوالي 2.4% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية. ومن المتوقع أن يرتفع الطلب عليه بشكل كبير من 90 مليون طن متري عام 2022 إلى حوالي 540 مليون طن متري بحلول عام 2050، لذا فإن إيجاد طريقة لإنتاج الهيدروجين دون إضافة المزيد من ثاني أكسيد الكربون أمر بالغ الأهمية.
وقد زاد الاهتمام بإمكانات بالهيدروجين الطبيعي من الناحية التجارية بعد اكتشاف حقل غاز بوراكيبوغو في مالي عام 2018، الذي ينتج الهيدروجين بنسبة نقاء تزيد عن 97%، على الرغم من أن بيانات حجم الإنتاج لا تزال محدودة.
كيف يتشكّل الهيدروجين في باطن الأرض؟
حددت الدراسة الجديدة آليتين رئيسيتين تحفّزان تشكّل الهيدروجين الطبيعي في القشرة القارية، تحدث الأولى عند تفاعل الماء مع الصخور الغنية بالحديد، مما يؤدي إلى تأكسد الحديد وإطلاق جزيئات الهيدروجين، وتعد المياه الجوفية الغنية المكتشفة في منطقة سمائل شمال عمان أحد الأمثلة على هذا النوع من التفاعلات.
أما الآلية الثانية، المعروفة باسم التحليل الإشعاعي، فتحدث عندما تصدر العناصر المشعة مثل اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم، إشعاعات تقوم بتكسير جزيئات الماء إلى مكوناتها الأساسية وهي الهيدروجين والأوكسيجين.
ويوضح الباحثون في الدراسة أن هذه التفاعلات تحدث على فترات زمنية مختلفة للغاية، حيث تستغرق تفاعلات الماء في الصخور شديدة التشقق من آلاف إلى ملايين السنين، في حين تدوم عمليات التحليل الإشعاعي المنتجة للهيدروجين مدة تتراوح من بضع عشرات إلى مئات الملايين من السنين.
وحسب بيان صحفي رسمي من جامعة أوكسفورد المشاركة في الدراسة، فإن هذه العمليات أنتجت كميات هائلة من الهيدروجين على مر العصور الجيولوجية، ويقدِّر الباحثون أن الهيدروجين المخزن في قشرة الأرض على مدى مليار سنة مضت يمكن أن يولّد طاقة تعادل ما يقارب 170 ألف عام من استهلاك النفط العالمي الحالي.
طاقة نظيفة لكنها غير متجددة
وأبرز الباحثون عدة خصائص مميزة للهيدروجين الطبيعي، منها بصمته الكربونية المنخفضة التي يمكن مقارنتها بـبصمة “الهيدروجين الأخضر” المنتج من خلال التحليل الكهربائي بالطاقة المتجددة، غير أنه ليس موردا متجددا على النطاقات الزمنية البشرية.
وهذا يضع الهيدروجين الطبيعي ضمن فئة فريدة من نوعها، فهو مصدر محتمل للطاقة منخفض الكربون مع قاعدة احتياطي أكبر بكثير من الوقود الأحفوري، وتأثير بيئي أقل بكثير عند الاستخراج.
ويقدر المؤلفون أن إنتاج الهيدروجين الطبيعي يمكن أن يكلّف نصف دولار ودولار واحد للكيلوغرام، وهو أقل بكثير من “الهيدروجين الأخضر”، الذي تبلغ كلفة إنتاج كيلوغرام واحد منه بين 2.5 و6.5 دولارات، و”الهيدروجين الأزرق” المشتق من الغاز الطبيعي مع التقاط الكربون (بين 1.5 و4 دولارات).
ويشير الباحثون إلى أن الحفاظ على الهيدروجين على مر العصور الجيولوجية يطرح تحديات فريدة، إذ يتميز بسهولة حركته وحساسيته للاستهلاك من قِبل الميكروبات الجوفية، وهذا يفسر لماذا لا يمكن استخراج سوى جزء ضئيل منه اليوم، على الرغم من الكميات الهائلة المُنتجة على مر التاريخ الجيولوجي.