Естествено водородно геологично любопитство или основен източник на енергия в бъдещето Знание

E2S, University of Pau and Pays de l'Adour
Член на Академията за технологии

геологично

Преди век направихме градски газ чрез изгаряне на въглища, след това бяха открити големи запаси от природен газ и спряхме производството на този газ, който беше по-скъп от "местния", съдържаше силно токсичен CO и чието производство замърсяваше. Ще се случи ли същото развитие и за водорода? Понастоящем консумираният водород се произвежда главно от метан, или по-общо от въглеводороди, чрез парен крекинг, очевидно много въглероден производствен метод.

Водородът също съществува над и под земята и неговото директно извличане, макар и все още анекдотично и днес, започва да се разглежда сериозно, за да има наистина „зелен“ и евтин водород (1). Нека направим равносметка на знанията и отворени въпроси.

Какъв е произходът на "естествения" водород ?

Водородът присъства във Вселената, той е дори най-често срещаната молекула. В земната атмосфера обаче тя съществува само в много малки количества (около 0,5 ppm). На Земята откриваме водород главно в комбинирана форма - с кислород във вода (H20), въглерод (CH4, C2H6 и др.) - но също и директно в газообразна форма.

Няколко явления причиняват непрекъснато генериране на водород в земната кора. Взаимодействието вода/скала, диагенезата, ще освободи водород от водата по време на окислителни явления, явления, които могат да се наблюдават в различни геоложки контексти. Веднага щом има например „железно“ желязо (Fe 2+) в контакт с вода (море или дъжд), то се окислява до железен Fe 3+ и отделя водород. Същата реакция може да се направи и с други метали като магнезий; той е бърз и ефективен при високи температури - около 300 ° C - но е възможно и при по-ниски температури.

Известни са и други източници на естествен водород: естествената радиоактивност на земната кора (2) (радиолиза) може по-специално да отдели водорода и кислорода от водата и да освободи тези газове.

Запазването на големи количества „основен“ H2 също е път, изследван от някои изследователи.

Оценките за естествения поток на водород от тези първи два източника - диагенеза и радиолиза - са важни, но все още не са много точни: според авторите те варират от няколко процента до 100% от настоящото потребление на водород в света (което е около 70%). Mt/годишно). Триенето в равнините на повреда и активността на някои бактерии също отделят водород, но вероятно в по-малки количества. Важно е да се отбележи, че във всички тези случаи това е поток от водород, а не изкопаем ресурс.

В същото време запазването на големи количества „първичен“ H2 (присъстващ при инициирането на Слънчевата система, в мантията, дори в ядрото на Земята по време на формирането на Земята) също е следа, изследвана от някои изследователи: в този случай това би бил изкопаем, но почти безкраен ресурс. За сравнение, общият обем на добива на петрол от началото на петролната промишленост (≈ 240 км 3) е еквивалентен на обема на планината Сент-Виктоар ... за сравнение с обема на земната мантия (≈ 920. 10 9 км 3)…

Къде се появяват тези реакции ?

Скалните минерали, излъчвани от подводни вулкани в хребети в средния океан, особено оливин, се окисляват при контакт с вода и отделят водород. За пушачите в средната част на Атлантическия хребет тези еманации са изследвани дълго време, по-специално, за да се разбере появата на живот на Земята.

Преди десетина години някои автори дори бяха направили изчисления за икономиката на възстановяването на този водород в морето и на голяма дълбочина (3). По това време никой не му обърна внимание, тъй като условията - дълбочина на водата, разстояние от брега - се смятаха за твърде трудни за икономия в системата въпреки големия поток на водород.

Султанатът на Оман и Филипините са най-изследваните случаи, но емисиите на водород са отбелязани и в Нова Каледония или дори в Пиренеите.

Тази индустрия, както тази на всички други природни ресурси, може да започне само на сушата. За щастие този тип вулкан се наблюдава и там, където се появяват средноокеанските вълни, като последните може да се образуват на нивото на депресията на Афар (Африканския рог (4)) или да бъдат повдигнати от по-дълбоки явления (гореща точка) като в Исландия. Всъщност на този остров фумаролите на централната ос на рифта съдържат водород; В момента в електроцентралите се използват само калориите на водата, течността за пренос на топлина, но може да бъде и по друг начин. Като цяло производството на водород чрез повърхностно разделяне в допълнение към геотермалната енергия би било възможно в много райони. Тази следа ни се струва проучена предвид трудностите, срещани при опитите да се направят икономически много високотемпературни геотермални проекти.

Тези океански кори, които могат да се окисляват, се намират и на повърхността или близо до повърхността, в зоните на шевовете, където компресията и натрупването на петна образуват планини. Султанатът на Оман и Филипините са най-изследваните случаи, но водородните изпарения са забелязани и в Нова Каледония или дори в Пиренеите. Често този водород веднага реагира с въглероден диоксид в атмосферата и се утаява до карбонат: естествено и зрелищно улавяне и използване на CO2 (CCU).

Друг геоложки контекст: протерозойските кратони (на възраст над ½ милиарда години). Водородът на брега е наблюдаван в Русия (около Москва), в Съединените щати (Южна Каролина, Канзас), но и на много други места, както е доказано от резюме, публикувано през 2020 г. от изследователя. Вячеслав Згонник (5), който е идентифицирал стотици от тях. Източникът може да бъде относително подобен: окисляване на материал, богат на желязо и отделяне на Н2, тези повърхностни течове систематично се наблюдават в региони, където основата е много стара и богата на метали.