Чистый водород необходим. Мы не можем запитать каждый промышленный процесс исключительно возобновляемой электричеством. Некоторые процессы — например, производство стали или удобрений — просто не работают от ветра или солнца напрямую.
Нам нужна замена. Водород подходит идеально. Сожги его — получится вода. Никаких парниковых газов. Но прямо сейчас почти весь водород добывают из ископаемого топлива. Он грязный. Чтобы сделать его «зелёным», воду разделяют с помощью электроэнергии, обычно от ветряков или солнечных панелей. Это дорого. Кроме того, этот процесс потребляет огромные объемы энергии, которые нам нужны для других задач, например, для замены угольных электростанций.
Поэтому мы обращаем взор на камни.
Природная проблема
Природа производит водород глубоко под землей. Иногда он остается там в ловушке. Мы могли бы добывать его так же, как природный газ.
«Я считаю, это очень особый случай», — говорит Орсолия Геленчсэр из Техасского университета в Остине.
Крошечные молекулы водорода просачиваются повсюду. Найти достаточное его количество, чтобы это имело значение, очень сложно. В Мали есть деревня по имени Бурклебоуго, где в микроскопических масштабах добывают чистый природный водород. И всё.
Большинство экспертов считают, что природные запасы ограничены. Мы не можем ждать, пока геология подаст нам приз на блюде. Мы должны заставить это работать сами.
Разжигая реакцию
Идея заключается в «стимулированном производстве водорода».
Вы бурите скважины в определенных типах пород — обычно вулканических, богатых железом. Вы закачиваете туда воду. Порода вступает в реакцию с водой — процесс, называемый серпентинизацией, — и вырабатывает водород.
Просто, правда?
Добавьте один нюанс. Закачивайте воду, смешанную с CO₂, вместо обычной воды.
Результаты тестов лаборатории Геленчсэр показывают, что CO₂ выполняет двойную работу. Во-первых, он создает углекислоту, которая разъедает поверхность породы, открывая больше железа для реакции с водой. Больше реакции означает больше водорода.
Во-вторых, CO₂ улавливается. Он минерализуется в твердые карбонаты. Вы захватываете диоксид углерода и превращаете его в камень. При этом производя водород.
Это двойная победа, если математика сходится.
Результаты лабораторных испытаний
Они протестировали образцы вулканической породы в сосуде высокого давления. Имитация глубины, нагретые до 90° по Цельсию.
Контрольная группа: вода с инертным аргоном.
Экспериментальная группа: вода с CO₂.
Сторона с CO₂ выделила больше водорода. Как и ожидалось, CO₂ превратился в камень.
Но вот здесь начинается узкое место.
Они извлекли лишь 0,5 процента от теоретически возможного количества водорода. Чтобы проект стал экономически целесообразным, им нужно 1 процент. Это не огромная пропасть, но в инженерии полпроцента ресурса — это много потерянной прибыли.
Как закрыть этот разрыв?
Идти глубже.
Более высокие температуры ускоряют химические реакции. Бурение на такую глубину обходится дороже. Но вы получаете еще одно преимущество. Геоحرмическое тепло. Вы можете генерировать электроэнергию, пока добываете газ и связываете углерод.
Это жизнеспособно?
В глобальном масштабе эти богатые железом породы есть повсюду. Даже при низкой эффективности общий объем выпуска может многократно превзойти 100 миллионов тонн водорода, производимых сегодня.
«Серебряной пули не существует», — Барбара Шервуд Лоллар, Университет Торонто.
Лоллар считает, что нам следует добывать то, что уже существует. Она указывает, что шахта в Онтарио уже выпускает в атмосферу 140 тонн природного водорода в год. Мы буквально теряем его.
Патония, исследователь из Оксфордского университета, отмечает, что бизнес-модель эволюционирует. Если компании смогут взимать плату за секвестрацию CO₂ при производстве водорода, проект станет менее рискованным. Инвесторы любят гарантированные потоки доходов.
«Ряд групп и стартапов исследуют вариации этой концепции», — говорит Патония.
Нам нужно двигаться быстро. Технология не доказала свою эффективность в масштабах. Затраты неясны.
Но альтернатива — оставаться на грязном водороде и позволять уровню CO₂ продолжать расти.
Или мы просто продолжим надеяться, что природа даст нам достаточно газа?
Вероятно, нет. Мы бурим. Мы тестируем. Мы посмотрим, что получится.
