Золотой водород
О выходе на поверхность земли лёгкого горючего газа люди знали с древнейших времён. От знаменитых Огней Химеры в южной Турции был зажжён Олимпийский огонь. Научное знание пришло намного позже. В конце XIX века Дмитрий Менделеев обнаружил в угольной шахте смесь газов, богатую водородом.
Переместившись ближе к нашему времени, отметим, что в 1987 году при бурении водяной скважины у деревни Буракебоугоу на Мали произошёл взрыв: бур вошёл в насыщенную водородом породу. Скважинный газ оказался на редкость концентрированным - он на 98% состоял из водорода. Геологи тщательно исследовали месторождение и выяснили, что оно каким-то образом восполняется. В 2011 году компания Petroma (сегодня Hydroma) обустроила скважину и установила газопоршневую установку, которая производит электрическую энергию для местных жителей.
Выход природного водорода на поверхность земли часто проявляется в виде «хороводов фей» - кругов с подавленной растительностью, где, однако, никто не ходит и не ездит. Через каждый такой круг ежесуточно улетучивается до трёх тонн водорода, что в глобальном масштабе даёт оценку в двадцать три миллиона тонн.
Почему об этом заговорили только сегодня? Потому что кроме исследователей из академических институтов, которые занимаются геологией на земле и океаническом дне, раньше мало кто интересовался концентрацией водорода. Старые хроматографы, применяемые в нефтегазе, использовали водород как несущий газ, а потому не могли измерять его концентрацию в исследуемых образцах.
Австралия
В ноябре 2020 года основатель компании Gold Hydrogen австралиец Люк Титус обнаружил в архивах Геологической службы Южной Австралии затерянный отчёт Департамента горной добычи. В его рамках в бюллетене № 22 были обобщены данные, полученные от фермеров, которые объединились в группу для поиска нефти с помощью ивовых прутьев и других сомнительных методов. Там же в отчёте были приведены данные по скважине, пробуренной на Кенгурином острове. Из неё выходила смесь газов, в которой преобладал (80%) водород. Другая скважина, неподалёку от полуострова Йорк, производила газовую смесь примерно с 70-процентным содержанием водорода.
В феврале 2021 года, когда законодательство Южной Австралии было дополнено положениями, разрешающими добычу водорода, Титус подал заявку на геологические исследования на площади в восемь тысяч квадратных километров, охватывающей территории Кенгуриного острова и полуострова Йорк.
Испания
В 2018 году в Испании была учреждена компания Helios Aragon, которая запустила проект по геологоразведке топлива нового вида. Компания получила разрешение провести геологические исследования на территории в 890 квадратных километров в северной испанской провинции Арагон, где в последние шестьдесят лет многократно получали притоки водорода при поисковом бурении на нефть и газ. Одна из скважин, пробуренная ещё в 1963 году компанией Empresa Nacional de Petroleos в ста километрах от Сарагосы, дала аномально высокий дебит водорода. Полученные геологами Helios данные показали, что буровики на глубине 3680 метров натолкнулись на пластовую структуру, которая может быть коммерчески перспективной для разработки.
В 2020 году было заключено соглашение между Helios Aragon и американским фондом Ascend Funds Management. Совместно подготовлен геологический проект по поиску водорода и гелия; в качестве консультанта был привлечён профессор Даремского университета (Англия) Джон Глияс. Примечательно, что именно Джон Глияс первым использовал термин «золотой водород», обозначающий именно природный горючий газ. Громкое название вполне оправданно: в отличие от водорода-энергоносителя, получаемого в результате химических и электрохимических реакций, природный относится к первичным источникам энергии.
на природном водороде
Проект предусматривает три этапа работ, включая геохимический анализ на поверхности и сейсмические исследования пород на глубинах до 4000 метров. Если геологические изыскания обнаружат коммерчески перспективные залежи водорода и сопутствующего гелия, в регионе может быть создан водородный центр. «Мы видим перспективы такого центра в Сарагосе, - отметил председатель правления Helios Aragon Кристофер Аткинсон. - Он сыграет критическую роль в будущей системе дистрибуции и потребления нового топлива, которая придаст импульс динамичному развитию региона и созданию в нём новых рабочих мест. В случае успеха мы продолжим изыскательские работы, чтобы ещё нарастить местный энергоресурсный потенциал».
Накопление
Рассеянные в недрах радиоактивные элементы создают ионизирующие излучения, которые разлагают воду на кислород и водород. Процесс, называемый радиолизом, идёт очень медленно, так что в древних породах водород должен присутствовать в большей концентрации, чем в молодых.
При взаимодействии морской воды с мантийными перидотитами при температуре 25-400 °С и давлении 1-5 кбар происходит серпентинизация пород с выделением водорода и метана, процентные соотношения которых зависят от соотношения взаимодействующих породы и воды. Водород в недрах также может образовываться в результате термического разложения органических осадков.
Потоки водорода поднимаются из мантии или ядра Земли по границам и разломам тектонических плит. Общепринятой теории о происхождении глубинного водорода нет, есть только разные неподтверждённые гипотезы. Кроме того, в чёрных курильщиках на океаническом дне проходят сложные химические реакции с образованием горючего газа.
Потери
Водород очень подвижен, он просачивается через разломы и трещины и даже диффундирует в некоторые породы, непроницаемые для воды. Поэтому в подземных ловушках он может собираться не в таких больших количествах, как природный газ или нефть.
В почве и неглубоких осадочных породах существуют микроорганизмы, которые поглощают водород и зачастую преобразуют его в метан. На более глубоких горизонтах идут реакции взаимодействия водорода с породами, при которых образуются вода, метан и новые минеральные вещества.
Добыча
Новое топливо можно добывать из недр таким же образом, как нефть и природный газ, если найти естественные ловушки (например, песчаные породы, над которыми располагаются солевые куполы), где он оказывается заперт.
Водород можно добывать непосредственно из железосодержащих пород, проходящих серпентинизацию, если искусно пробурить скважины через пласты. Возможна стимуляция добычи путём закачки под землю морской воды.
Объёмы
Сотрудник Геологической службы США (US Geological Survey - USGS) Джеффри Эллис считает, что недра земли производят на порядки больше водорода, чем вся мировая промышленность (около 90 млн тонн газа в год). Но имеет значение не только создаваемый природой поток ценного вещества, но и уже накопленные его подземные запасы. Для их оценки учёные из USGS воспользовались простой моделью, позаимствованной у нефтегазовых компаний. Эта модель учитывает и непроницаемые ловушки, и микробную активность, а также отталкивается от предположения, что экономически целесообразно добывать лишь 10% запасов водорода. Модель выдала оценки, исчисляемые триллионами тонн. То есть резервов хватит на удовлетворение энергетических потребностей мира на десятилетия вперёд, даже если в результате энергоперехода потребность в газе вырастет во много раз. Однако выводы делать преждевременно, поскольку большая часть запасов может оказаться распределена слишком равномерно и потому практически недоступна - как золото, растворённое в воде земных морей и океанов. Здесь требуются дополнительные геологические изыскания.
