هيدروجين

Aenert news. Energy resources and infrastructure
يعتبر استخراج الهيدروجين الطبيعي من أحشاء الأرض اليوم مجالا واعدا جدا في مجال الطاقة المتجددة. ومن المتوقع أن يحل الهيدروجين مجموعة كبيرة من المشاكل الصناعية والبيئية، بما في ذلك تخزين الطاقة وتقليل الانبعاثات الناجمة عن وسائل النقل الثقيل. كانت الفكرة الأصلية بسيطة للغاية: إنتاج الهيدروجين الأخضر عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام الكهرباء المولدة من محطات الطاقة الشمسية أو مولدات الرياح، وتخزين الهيدروجين للوقت المطلوب في حالة مضغوطة أو مسالة، ونقله إلى مكان الاستهلاك، ثم تحويله مرة أخرى إلى الطاقة الكهربائية باستخدام خلايا الوقود أو حرقها في غلايات أو توربينات خاصة لتوليد الطاقة الحرارية.
بدا كل شيء منطقيا، وكان من المفترض أن يتم حل الحواجز القائمة بنجاح. ومع ذلك، فإن مشاكل التكلفة العالية للتحليل الكهربائي أو الصعوبات التكنولوجية في نقل الهيدروجين لا تسمح له بالوصول إلى مستوى استخدامه التجاري. وكما كان الحال من قبل، فإن الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه نتيجة لإعادة تشكيل الميثان (الهيدروجين الرمادي) عند درجة حرارة عالية، يبدو أرخص تجاريًا وواقعيًا من حيث حجم الإنتاج لتلبية الاحتياجات الصناعية. لكن المشكلة هنا مختلفة، وهي تتعلق باستخدام الوقود الأحفوري وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الخطيرة. ومع ذلك، حتى لو_ثانيللدفن، فإن هذا الهيدروجين (الأزرق) يظل خارج المنافسة مع الهيدروجين الأخضر من المصادر المتجددة. سوق الهيدروجين (التاجر)، على سبيل المثال، في الولايات المتحدة الأمريكية على ساحل الخليج، حيث تم إنشاء مجموعة من منتجي الهيدروجين المستقلين لتلبية احتياجات تكرير النفط، بما في ذلك نقل الهيدروجين عبر خطوط الأنابيب.
وفقًا لوكالة الطاقة الدولية ، أنتج العالم ما يقرب من 95 مليون طن من غاز الهيدروجين_فيعام 2022، يمثل الوقود الأحفوري 83% منها (الميثان والفحم). وتم استلام 16% أخرى كجزء من المنتج الثانوي. ومن الواضح أن مثل هذه التكنولوجيات لا تلبي المتطلبات المثالية للمدافعين المتشددين عن تغير المناخ. ومع ذلك، يمثل التحليل الكهربائي 0.1% فقط من إجمالي كمية الهيدروجين المنتج،_ثاني(CCUS) في 0.6% أخرى من الحالات. لقد واجه الترويج لتقنيات إنتاج الهيدروجين المتقدمة بيئيًا عقبات لا يمكن التغلب عليها حتى الآن. في مثل هذه الحالة، يبدو أن الهيدروجين الطبيعي أو الأبيض هو الحل الأكثر قبولًا لجميع أصحاب المصلحة.

لفترة طويلة، كان المثال الواضح الوحيد لوجود الهيدروجين الأبيض في القشرة الأرضية هو قرية بوراكيبوغو الصغيرة في مالي.، حيث في أواخر الثمانينات من القرن الماضي، أثناء حفر بئر ماء، عثر الحفارون على تيار من الهيدروجين النقي تقريبًا. تم استخدام هذا الهيدروجين لاحقًا من خلال مولد لتوليد الكهرباء. وهكذا، ولأول مرة، تم تنظيم مخطط تكنولوجي لإنتاج الطاقة من الهيدروجين الطبيعي بإنتاجية تبلغ حوالي 5 أطنان من الهيدروجين سنويًا (98٪ هيدروجين، 1٪ ميثان، 1٪ نيتروجين)، وليس في أي مكان عالي الكثافة. البلدان المتقدمة، ولكن في أفريقيا، بعيدا عن المسرات الطاقة. وقد تم حتى الآن حفر واختبار 13 بئراً تحتوي على الهيدروجين في هذه المنطقة على مساحة خمسة في خمسة كيلومترات.
وفي وقت لاحق، ظهرت أدلة إضافية على وجود احتياطيات تحت الأرض من الهيدروجين الأبيض في الولايات المتحدة الأمريكية وأستراليا وألبانيا وإسبانيا وعمان وفرنسا وبعض البلدان الأخرى. واليوم، تشارك العشرات من الشركات الناشئة بنشاط في أعمال الحفر الاستكشافية، وقد صعد مستثمرون معروفون. جمعت شركة كولوما
الأمريكية الناشئة العام الماضي 91 مليون دولار من صناديق مثل Breakthrough Energy Ventures التابعة لبيل جيتس . قامت شركة طاقة الهيدروجين الطبيعية بحفر بئر استكشافي في نبراسكا. وقال فياتشيسلاف زغونيك، الرئيس التنفيذي: "سيستغرق الأمر عامين للوصول إلى الإنتاج التجاري". ونفذ هيدروجين الذهب الأسترالي ، استنادا إلى بيانات جيولوجية يعود تاريخها إلى قرن تقريبا، عمليات حفر في عام 2023 واكتشف تدفقات من الهيدروجين بدرجة نقاء تصل إلى 86%، وكذلك الهيليوم بدرجة نقاء تصل إلى 6.8%. وتحاول شركة أسترالية أخرى، هي Hy Terra ، تنفيذ مشروع Nemaha في كانساس بالولايات المتحدة الأمريكية. ومن بين التطورات الأخيرة في هذا المجال، تجدر الإشارة إلى اكتشاف التدفق التلقائي للهيدروجين في منجم الكروميت في ألبانيا . لكن النتيجة الأهم لعمليات البحث هذه كانت اكتشاف رواسب الهيدروجين العام الماضي في منطقة اللورين في جنوب شرق فرنسا. وهنا اكتشف الجيولوجيون، أثناء بحثهم عن غاز ميثان طبقة الفحم في منطقة الفحم القديمة، احتياطيات ضخمة من الهيدروجين تحت الأرض، يقدر حجمها بـ 46 مليون طن. وكانت نسبة الهيدروجين في الغاز المستخرج من عمق 1100-1250 متر 15-20%. وبطبيعة الحال، كل هذه المعلومات تحتاج إلى التحقق التفصيلي والتقييم النوعي. على أية حال، هذا الحدث هو أكثر من مجرد حقيقة جديرة بالاهتمام؛ ربما سيصبح حافزًا خطيرًا للموقف ذاته تجاه هذه المشكلة. ومن المحتمل أن يؤدي ذلك إلى تدفق أعداد كبيرة من الباحثين والحفارين والمستثمرين الجدد، بالإضافة إلى شركات النفط والغاز لتشكيل أساس تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين الأبيض. والحافز الإضافي لهذه العملية هو التقديرات المتفائلة لاحتياطيات العالم من الهيدروجين الطبيعي، والتي لا تزال تتم عند مستوى أولي. وهكذا، بحسب صحيفة فايننشال تايمز


أفاد عالم الجيولوجيا البحثي في ​​هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية جيفري إليس أن الخزانات الجوفية حول العالم تحتوي على حوالي 5 تريليون طن من الهيدروجين. وهذا رقم ضخم، حتى لو كان من الممكن استخراج جزء بسيط فقط من هذه الاحتياطيات.

كيف وأين يمكن العثور على الهيدروجين الطبيعي

حتى الآن، كانت الاكتشافات الناجحة للهيدروجين الطبيعي نتيجة للصدفة، أو الحظ، أو في أفضل الأحوال، الحدس المهني. لا توجد منهجية علمية مفصلة ومعترف بها للتوزيع الجيولوجي للهيدروجين الطبيعي حتى الآن. وفي واقع الأمر، لا توجد أدوات موثوقة ومثبتة للتقييم العملي للهياكل الجيولوجية التي تحتوي على الهيدروجين. كل هذا قيد التطوير. وبطبيعة الحال، هناك أفكار ومفاهيم وتوقعات عامة.
وفقًا لإحدى الإصدارات، من الممكن تكوين الهيدروجين أثناء عملية السربنتينية. تعتمد هذه العملية على ترطيب الصخور القاعدية تحت تأثير المحاليل المائية الحرارية. على وجه الخصوص، الصخور فوق المافية المكونة من الأوليفينات (Mg ₂ SiO ₄ , Fe ₂ SiO ₄ )، والتي لها ميل قوي للتفاعل مع الماء. وفي هذه الحالة مثلاً فإن الأوليفينات المحتوية على الحديد أثناء هذا التفاعل تشكل هيدروجيناً حراً وفقاً للآلية التالية:



Forsterite, an olivine mineral. Groundwater interacting with olivine can result in hydrogen building up in the surrounding rock layers.
Public Domain. Image and specimen from Smithsonian National Museum of Natural. Source: USGS

لهذه العملية، تم تحديد درجة الحرارة المثلى في حدود 200-310 ^درجة مئوية. ومن الواضح أن إنتاج الهيدروجين في مثل هذا النظام سيعتمد على كمية الصخور النشطة. كما سيتم تحديد تدفق الهيدروجين إلى السطح إلى حد كبير من خلال نفاذية الطبقات القريبة من السطح من قشرة الأرض. وبالتالي، فإن وجود الأوليفينات الحاملة للحديد مع المياه الحرارية في الصخور الجيولوجية يمكن أن يكون بمثابة مؤشر خطير على وجود الهيدروجين الحر. ومع ذلك، كما هو موضح في العمل التدفق المنتشر للهيدروجين الجزيئي عبر جبال الحجر الغربي، شمال عمان، تم العثور على تدفقات الهيدروجين أيضًا من التكوينات الجيولوجية الموجودة هيكليًا أسفل السربنتينيت.
يعتمد خيار آخر لتكوين الهيدروجين الطبيعي على عمليات التحليل الإشعاعي المائي. نتيجة للتحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم وما إلى ذلك، يتم توليد طاقة تؤدي إلى التحلل الإشعاعي، أي إلى تحلل الماء إلى جزيئات الأكسجين والهيدروجين. ووفقا للباحثين، فإن كمية الهيدروجين الجزيئي المنتجة تتناسب مع مسامية المصفوفة الصخرية المملوءة بالماء. في مثل هذا النموذج، حيث يوجد الهيدروجين، يجب أن يكون الأكسجين موجودًا أيضًا، وهو الأمر الذي لم يتم تأكيده.
تشمل الخيارات الأخرى لتكوين الهيدروجين الطبيعي العمليات البيولوجية، بالإضافة إلى التفاعلات البركانية والعمليات الحرارية المائية. في الحالة الأولى، من المفترض أن غاز الهيدروجين يتكون من مواد عضوية، بشكل أساسي من الغاز الطبيعي، من خلال الأنشطة البيولوجية، على سبيل المثال، من خلال التخمير والتحلل اللاهوائي وما إلى ذلك.

أكبر كمية من الهيدروجين تنتمي إلى الهيدروجين العميق الجذور. وهذا ما يؤكده بشكل غير مباشر زيادة تركيز الهيدروجين مع زيادة عمق الحفر. وعلى وجه الخصوص، أفاد بذلك باحثون في منطقة لورين في فرنسا. لذلك، على عمق 1100 متر تقريبًا، كان تركيز الهيدروجين 15%، وعلى عمق 1250 مترًا – 20%. ومن المتوقع أن تصل التركيزات إلى ما يقرب من 100%، بحسب الباحثين، على عمق 3000 متر. ربما يكون هذا الخيار هو الأصعب في الفهم وبالتالي يسبب الكثير من الجدل.
هناك خيارات أخرى أقل تكرارًا لتكوين الهيدروجين، ولا سيما تلامس الماء مع الصخور المكشوفة مؤخرًا، وتحلل تراكمات المواد العضوية، وإطلاق أيونات الهيدروكسيل في المعادن. يقدم موقع شركة Natural Hydrogen Energy LLC الأمثلة التالية لمستويات الهيدروجين الطبيعي المكتشف في بعض البلدان: تركيا - 12% _H2 ؛ أيسلندا – 24% ح ₂ ; اليابان 51% ح ₂ ؛ عمان 82% ح ₂ ; الولايات المتحدة الأمريكية 96% ح ₂ .

إن التحديات الحالية المتمثلة في إنشاء نظام صالح ومقنع لتقدير محتوى الهيدروجين في الطبقات الجيولوجية ترجع إلى حد كبير إلى الإهمال التاريخي لتحديد الهيدروجين في تحليل الغازات من الآبار المحفورة. كان هذا بسبب عدم وجود أجهزة تحليل كافية للغاز وعدم صياغة مشكلة حساب الهيدروجين نفسها.
على سبيل المثال، حدوث الهيدروجين الطبيعي وعلم الأرض: توفر المراجعة الشاملة البيانات التالية: "تحتوي قاعدة بيانات كيمياء الطاقة الجيوكيميائية للمسح الجيولوجي بالولايات المتحدة (USGS) على 103000 سجل لعينات الغاز من جميع أنحاء العالم، مع 8 حالات فقط من الهيدروجين تم اكتشافه بتركيز > 10%."

من المحتمل أن توسيع البحث وتوضيح حالة التكوينات المحددة المحتوية على الهيدروجين سيجعل من الممكن إنشاء خرائط جيولوجية عملية عن طريق القياس مع النماذج الجيولوجية في إنتاج النفط والغاز. وبطبيعة الحال، في هذه الحالة، فإن الأساليب السيزمية أو الجاذبية أو الكهرومغناطيسية لاستكشاف حقول النفط والغاز ستكون مفيدة بالتأكيد. ولكن على أية حال، هناك حاجة إلى أساليب وأدوات محددة جديدة لقياس الغازات في الطبقات الجوفية، مثل، على سبيل المثال، مجسات غاز الهيدروجين، وهي أجهزة قياس الطيف الفريدة لقياس وتحليل الغازات الذائبة في الآبار العميقة.

ومن المهم هنا أيضًا تحديد وتنظيم قائمة العلامات الطبيعية المصاحبة لوجود الهيدروجين. وقد يكون لدى البعض منهم أساليب غير تقليدية. على سبيل المثال، تقوم هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) بتطوير طرق استكشاف الهيدروجين بناءً على افتراض وجود علاقة بين الهيدروجين والغازات النبيلة. يتم استخدام نهج مماثل من قبل شركة Natural Hydrogen Energy LLC، وGold Hydrogen، وHy Terra، التي تقوم بالتنقيب للعثور على تراكمات الهيدروجين والهيليوم.

ينص العمل المتعلق بتسرب الهيدروجين الجزيئي الطبيعي المرتبط بالمنخفضات السطحية المستديرة على الكراتون الأوروبي في روسيا على أنه "... في الجزء الروسي من الكراتون الأوروبي، توجد عدة آلاف من الهياكل شبه الدائرية التي يتراوح حجمها من مائة متر إلى عدة كيلومترات في القطر وقد تم تحديدها في جميع أنحاء المنطقة الممتدة من موسكو إلى كازاخستان. بشكل عام، تتوافق هذه الهياكل مع انخفاضات مورفولوجية طفيفة".
هناك أدلة واسعة النطاق على وجود الهيدروجين في المحاليل الملحية الحرارية الأرضية ومناجم المعادن غير الحديدية.

يوجد أدناه رسم تخطيطي توضيحي من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية يلخص بصريًا الفهم الحالي للهيدروجين الطبيعي.



How hydrogen forms underground. Public Domain. Image courtesy of Science. Source: USGS


على التحليل، يمكننا أن نستنتج أن الباحثين وشركات الحفر يعتمدون في أغلب الأحيان على نموذج تكوين الهيدروجين نتيجة لتفاعل الأوليفينات المحتوية على الحديد مع المياه الحرارية. بالإضافة إلى وجود الهيليوم في التدفق المحتوي على الهيدروجين. وأدوات البحث الرئيسية هي أجهزة تحليل الغاز الحديثة.
ومع ذلك، يمكن تلخيص الوضع العام في كلمات أحد مديري وزارة الطاقة الأمريكية: "إنهم يقومون بالحفر بشكل عشوائي الآن". ".

ما هو استخدام الهيدروجين؟

قد يبدو هذا سؤالًا بلاغيًا، ولكن أولاً وقبل كل شيء، كان الهيدروجين يُعتبر دائمًا مصدرًا متجددًا لا ينضب ومثاليًا بيئيًا لتلبية احتياجات الطاقة بالإضافة إلى ذلك، يُنظر إلى الهيدروجين منذ فترة طويلة كوسيلة لتخزين الطاقة من المصادر المتجددة، إلا أن النتائج الفعلية لاستخدام الهيدروجين في قطاع الطاقة متواضعة للغاية، باستثناء استخدامه على نطاق واسع تكرير النفط لإزالة الكبريت من النفط الخام أو المنتجات البترولية.
دعونا نتذكر بشكل عابر أن حرارة كتلة احتراق الهيدروجين أكبر بحوالي 2.5 مرة من حرارة احتراق الميثان. ومع ذلك، فإن كثافة الهيدروجين أقل بأكثر من 8 مرات من كثافة الغاز الطبيعي. ولذلك، فإن الحرارة الحجمية لاحتراق الهيدروجين أقل بكثير من حرارة احتراق الميثان. ونتيجة لذلك، لتحقيق نفس معدلات تحويل الطاقة، فمن الضروري نقل حجم من الهيدروجين من خلال نظام النقل أكبر بثلاث مرات تقريبًا من حجم الميثان. علاوة على ذلك، يمتلك الهيدروجين أصغر حجم ذري بين جميع العناصر وتفاعل كيميائي مرتفع جدًا.



Hydrogen Tools/ Basic Hydrogen Properties/ https://h2tools.org/hyarc/hydrogen-properties

معدل حرق الهيدروجين أعلى من الغاز الطبيعي. سرعة انتشار لهب الهيدروجين الرقائقي أعلى بعشر مرات من سرعة انتشار الغاز الطبيعي. يحتوي الهيدروجين على طاقة تنشيط منخفضة اللهب. توضح هذه العوامل، بالإضافة إلى العديد من العوامل الأخرى، المزايا الخطيرة للهيدروجين مقارنة بالغاز الطبيعي، ولكن نادرًا ما يُذكر أن هذه المؤشرات نفسها تؤدي أيضًا إلى مشاكل خطيرة. وهكذا، عندما يتفاعل الهيدروجين النقي مع معظم المعادن، يحدث التقصف الهيدروجيني. عند حرق الهيدروجين، هناك احتمالية انتشار اللهب في اتجاه المنبع (الارتجاع) مع إمكانية الاحتراق التلقائي.

أما بالنسبة للفوائد البيئية للهيدروجين، فليس كل شيء واضحًا هنا أيضًا. على سبيل المثال، عند حرق الهيدروجين كجزء من خليط الميثان، يتم تحقيق انخفاض بنسبة 10% في انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون عند تركيز هيدروجين يزيد عن 20%، وتخفيض بنسبة 50% في _ثاني أكسيد الكربون فقط عندما يكون تركيز الهيدروجين في الخليط منخفضًا. بالفعل ما يقرب من 70٪. نظرًا لأن درجة حرارة احتراق الهيدروجين تتجاوز 2000 ^{درجة مئوية} ، فهناك احتمال كبير لتكوين أكاسيد النيتروجين، التي يكون نشاط الدفيئة فيها أعلى بحوالي 300 مرة من نشاط ثاني أكسيد الكربون. عادة، لا يتم النظر على الإطلاق في مسألة استخدام الهيدروجين، سواء في تكنولوجيا الاحتراق أو في خلايا الوقود، وهناك زيادة خطيرة في تكوين غاز الدفيئة الرئيسي - بخار الماء. وعلى الرغم من استبعاده من المحاسبة في بروتوكول كيوتو، إلا أنه في حالة استخدام الهيدروجين على نطاق واسع، لم يعد من الممكن إخفاء هذه المشكلة.

في العديد من البلدان، وخاصة في ألمانيا، من المخطط استخدام الهيدروجين كجزء من مخاليط الميثان في أنظمة إمدادات الغاز الحالية (تقنيات تحويل الطاقة إلى الغاز). مع الأخذ في الاعتبار القيمة الحرارية العالية والنشاط التآكلي للهيدروجين، فإن تركيزه في مخاليط الميثان يقتصر في معظم الحالات على 5-6٪ (حدود الحقن).

هناك خيار آخر لاستخدام الهيدروجين وهو إنتاج الطاقة الحرارية من خلال الاحتراق المباشر للهيدروجين. وهكذا فإن إحدى الشركات الرائدة في مجال معدات الغلايات هي شركة Viessmann الألمانية، تنص على أن غلايات التكثيف Vitodens يمكن أن تعمل بسهولة على خليط يصل إلى 30 بالمائة من الهيدروجين. بحلول عام 2025، تعتزم الشركة إنتاج غلايات يمكنها العمل بالهيدروجين بنسبة 100 بالمائة دون انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (غلايات الهيدروجين). تتحرك مجموعة BDR Thermea والعديد من الشركات الأخرى في نفس الاتجاه. لم يتم الإبلاغ عن كيفية حل مشكلة أكاسيد النيتروجين. وذهبت حكومة المملكة المتحدة إلى أبعد من ذلك وتعهدت بحظر تركيب أنظمة التدفئة بالوقود الأحفوري في المنازل الجديدة اعتبارًا من عام 2025.

كما يتم استخدام احتراق خليط يحتوي على الهيدروجين في توربينات الغاز. هنا حققت شركة جنرال إلكتريك أكبر تقدم. يسمح توربين GE 7F باستخدام ما يصل إلى 65% من قدرة الهيدروجين في خليط الغاز. يتم تشغيل حوالي ألف من هذه التوربينات بنجاح في 11 دولة حول العالم. لكن لا توجد معلومات عن نسبة الهيدروجين في خليط الغاز في الاستخدام العملي لهذه التوربينات.



Silver tanks with smokestacks. Envato Elements. 4ZCUM5AXW9

Siemens-Energy توربين SGT-800 ، الذي يسمح بما يصل إلى 75٪ من الهيدروجين في خليط الغاز. قامت شركة Kawasaki اليابانية باختبار غرفة الاحتراق H2 Micro Mix بنجاح _في الوضع التجريبي لحرق 100% هيدروجين ( غرفة الاحتراق H2 Micro Mix ). ولم تتجاوز انبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx) 50 جزء في المليون (16% حجم O ₂ ). في أبريل 2023، نجحت الشركتان الكوريتان Hanwha Impact وHanwha Power Systems، بالتعاون مع شركة Korea Western Power، في عرض خلط الهيدروجين بنسبة 60% في نفس توربين الغاز من فئة 80 ميجاوات. ومع ذلك، تم التأكد من أن انبعاثات أكسيد النيتروجين (NOx) أقل من 9 جزء في المليون دون أي أجهزة تخفيض إضافية. بالفعل في ديسمبر، أعلنت الشركة عن الاختبار الناجح لتوربينها بمحتوى هيدروجين بنسبة 100٪. وتجري شركة ميتسوبيشي باور اليابانية أبحاثًا مماثلة تهدف إلى الاحتراق المشترك للهيدروجين والميثان . تسمح تقنية احتراق الانتشار مع الخلط الأولي للهيدروجين والهواء من خلال دوامات خاصة باستخدام مخاليط تحتوي على محتوى هيدروجين بنسبة 30٪ مع احتمالية تصل إلى 100٪. يمكن لهذه التكنولوجيا أن تقلل بشكل كبير من انبعاث أكاسيد النيتروجين.

الاتجاه الواعد لاستخدام الهيدروجين في قطاع الطاقة هو خلايا الوقود. تشمل المزايا الرئيسية لخلايا الوقود في أغلب الأحيان إمكانية التوليد المباشر للكهرباء سواء في الظروف الثابتة أو في وسائل النقل أو في الأجهزة المحمولة، فضلا عن عدم وجود انبعاثات ضارة، باستثناء بخار الماء. ومع ذلك، فإن هذا يضع متطلبات متزايدة على جودة الهيدروجين. وبالإضافة إلى ذلك، فإن إنتاج الطاقة الحرارية أمر صعب. أما بالنسبة لخلايا الوقود نفسها، فتجدر الإشارة إلى أنها لا تزال منخفضة الطاقة نسبيًا ويصعب تشغيلها.

لذا، فمن الواضح أن للهيدروجين تطبيقات محتملة واسعة النطاق في قطاع الطاقة. ومع ذلك، للقيام بذلك، من الضروري حل عدد من القضايا الهندسية الصعبة، بما في ذلك، أولا وقبل كل شيء، تطوير أو اختيار التكنولوجيا المثلى لإنتاج الهيدروجين، وكذلك نقلها وتخزينها من مجموعة الخيارات المتاحة.

كيفية استخدام الهيدروجين الطبيعي

على عكس المخطط الحالي لاستخدام الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي أو إعادة تشكيل الميثان، عندما يكون إنتاج الهيدروجين قريبًا من المستهلك، لن يتم إنتاج الهيدروجين الطبيعي في الغالبية العظمى من الحالات عند نقطة الاستهلاك. وبطبيعة الحال، فإن مثال استخدام الهيدروجين الطبيعي في قرية أفريقية صغيرة في مالي لا يحتسب في هذه الحالة.

ومن أجل تقديم مخطط افتراضي لاستخدام الهيدروجين الطبيعي على المستوى الصناعي، يجب دائما مراعاة ما يلي:

- ما هي تركيبة الهيدروجين الطبيعي المنتج؟

يمكن أن تكون النقاط المرجعية التقريبية هنا 5-10%؛ 10-70% وأكثر من 70%. إذا كانت حصة الهيدروجين في الخليط المستخرج هي 5-10٪، والباقي غاز طبيعي (باستثناء الغازات الأخرى)، فإن الاستخدام الأكثر وضوحا لمثل هذا الخليط الغازي سيكون إرساله إلى خطوط أنابيب الغاز الصناعية. إذا كان محتوى الهيدروجين في خليط الغاز في حدود 10-70%، فمن الممكن استخدام هذا الخليط في بيوت الغلايات المحلية أو محطات الطاقة الحرارية، ولكن يتم استخراج الهيدروجين من خليط الغاز ومواصلة العمل بالهيدروجين النقي سيتم تبريره أيضًا. تنطبق الحالة الأخيرة أيضًا على متغير محتوى الهيدروجين الذي يزيد عن 70٪. سيتطلب أي من هذه الخيارات حتماً تقنيات ومعدات إضافية محددة. وينطبق هذا على مرحلة فصل الغاز وتنقيته، وكذلك تخزين ونقل خليط غاز الهيدروجين وخاصة الهيدروجين النقي.
هناك اعتبار خاص عند النظر في هذه النقطة وهو مسألة الحصة المحتملة للهيليوم والغازات الخاملة الأخرى في تكوين خليط الغاز. ولا ينبغي إغفال الاستخدام المفيد لهذه الغازات باهظة الثمن.

- ما هو الحجم المحتمل لإنتاج الهيدروجين الطبيعي وما هي التوقعات لاحتياطياته

ومن الواضح أن بئرًا واحدًا تم حفره بنجاح لاستخراج الهيدروجين لا يمكن أن يكون موضوع اهتمام صناعي. نحن بحاجة لاكتشاف الودائع. بالمعنى المعتاد، يمكن أن يكون حقل الهيدروجين مختلفًا تمامًا عن حقول النفط أو الغاز التقليدية. ربما ستكون هذه منطقة مدمجة حيث يكفي وضع عدد قليل من الآبار. وينبع هذا من حقيقة أن تركيز الهيدروجين يمكن أن يزيد بشكل كبير مع زيادة عمق الحفر. من ناحية أخرى، يمكن توزيع نقاط إطلاق الهيدروجين على مساحة كبيرة نسبيًا، مما قد يؤدي إلى تعقيد تطوير مثل هذا المجال. على أية حال، فإن احتياطيات الهيدروجين المؤكدة، إلى جانب تركيزها، ستكون بمثابة المؤشرات المحددة لاختيار خطة تطوير الحقل.

- خيارات تخزين ونقل الهيدروجين الطبيعي

بادئ ذي بدء، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار موقع المستهلكين بالنسبة للرواسب المكتشفة من الهيدروجين الطبيعي. من بين الخيارات المعروفة، في هذه الحالة، يتم استبعاد التكنولوجيا المبردة بشكل واضح، لأن تسييل الهيدروجين في الحقول، حتى من الناحية النظرية، يبدو مشكلة كبيرة. لم يتبق سوى خيارين حقيقيين. هذه تقنية لتخزين ونقل الهيدروجين المضغوط أو الهيدروجين في الناقلات العضوية (LOHC). علاوة على ذلك، إذا كان حجم الهيدروجين المستخرج من باطن الأرض كافيًا بشكل مشروط، فقد يكون من الأفضل استخدام تقنية الضغط (ما هو الحجم الكافي المشروط هو موضوع للنقاش). يمكن نقل الهيدروجين المضغوط من مواقع الإنتاج إما عن طريق البر، وهو أمر صعب للغاية، ولكنه ممكن، أو من خلال خط أنابيب مصمم خصيصًا، مع حل متزامن لجميع المشكلات الفنية والإدارية المحددة.


Hydrogen gas transportation concept with truck gas tank trailer. Envato Elements. 47NRVC6TB2

هناك أمثلة على تشغيل خطوط أنابيب الهيدروجين، لكن عددها محدود للغاية، وظروف التشغيل مختلفة تمامًا عن تلك التي ستجدها في الحقول. عندما تكون كمية الهيدروجين المنتجة صغيرة أو متوسطة نسبيًا، فقد تكون التكنولوجيا التي تستخدم الناقلات العضوية أكثر قبولًا لتخزينها ونقلها. ومع ذلك، سيتطلب ذلك إنشاء وحدة هدرجة في الحقول، ووحدة إزالة الهيدروجين في موقع التسليم. سيتطلب هذا تكاليف إضافية، لكن المخطط لا يزال يبدو واقعيًا بشكل عام. ويمكن أيضًا أن يتم النقل عن طريق النقل البري أو عبر خطوط أنابيب المنتجات.

البحوث الجيولوجية الحقيقية ونتائج البحث عن الهيدروجين الطبيعي

من بين المنظمات المتخصصة، توفر شركة Getech الإنجليزية معلومات شاملة إلى حد ما. يعتمد نهج الشركة على تحليل الأنظمة المعدنية للتنبؤ بموقع رواسب الهيدروجين الطبيعية في باطن الأرض، والتي تتصرف بشكل يشبه إلى حد كبير الرواسب المعدنية أو الهيدروكربونية. يعتمد سير العمل على فهم العوامل الوراثية المشاركة في تطوير نظام الهيدروجين الطبيعي: تصنيفها إلى مصادر، وطرق هجرة، وخزانات، ومصائد، وبوابات بنفس الطريقة التي نجحت بها صناعة النفط منذ عقود عديدة. توفر قواعد البيانات الداخلية لشركة Getech (بما في ذلك مستودعات بيانات Globe والجاذبية والمغناطيسية) طبقات من البيانات والوكلاء التي يمكن أن تشكل أساس العملية التحليلية، والتي يتم تنفيذها باستخدام سير عمل التعلم الآلي/الذكاء الاصطناعي وبرنامج قوي لرسم خرائط المخاطر الجغرافية المكانية مثل Exploration Analyst.

في وصف خطة التقييم الجيولوجي، تقول الشركة: "...بمجرد إطلاق غاز H2 الحر من الصخور المصدر، فإنه يحتاج إلى الانتقال إلى تكوين أو هيكل حيث يمكن تجميعه. ومن المتوقع أن تحدث الهجرة في المقام الأول عن طريق التأفق، والذي يحدث في المقام الأول على طول الصدوع والفوالق. يوفر التحليل الهيكلي الأساس لرسم خرائط خطوط الأنابيب، ولكن يجب أن يتضمن أيضًا تحليل مجال الضغط لفهم ما إذا كانت هذه العيوب "مفتوحة" أو "مغلقة". وينبغي أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار طريق الهجرة الثانوي، أي الهجرة المنتشرة. ويحدث هذا عندما يتخلل الهيدروجين الحر الصخور الرسوبية المسامية، على غرار الهجرة المنتشرة للهيليوم والنيتروجين. يُستكمل هذا التقييم باستخدام بيانات جيتيك الجغرافية القديمة والجيولوجية القديمة من غلوب لنمذجة الصخور الأصلية التي تآكلت على مر الزمن الجيولوجي لتشكيل هذه الوحدات الرسوبية، وبالتالي تسمح لنا بتقدير خصائص المسامية والنفاذية لهذه الطبقات. وقد تكون هناك عوامل جيولوجية إضافية تسمح بالهجرة تحت الأرض للهيدروجين في حالة الذوبان، أي المذاب في المياه الجوفية، بدلاً من الهجرة الحرة للغاز المصاحب للانتشار التأفقي.

بالإضافة إلى ذلك، تمتلك الشركة قواعد بيانات جيولوجية واسعة النطاق للعديد من الدول، والتي تحتوي على:

- المنتجات المغناطيسية
     تجميع العديد من الدراسات الاستقصائية المعاد معالجتها
     التخفيض إلى القطب والمعالجة المتقدمة
     العمق حتى الطابق السفلي/سمك الرواسب من نهج G&M المتكامل مقيد ببيانات مستقلة
     حزم الدولة الكاملة أو المنطقة الفرعية
- المنتجات الزلزالية
     البيانات الزلزالية الممسوحة ضوئيًا والموجهة ثنائية الأبعاد
     يتم تسليمها بتنسيق SEG-Y مع ملفات التنقل
     تتوفر أيضًا بيانات الآبار مع العديد من السجلات المركبة بتنسيق LAS
     بيانات العينة متاحة للمراجعة
- تصور اضافي
توفر تقاريرنا الإقليمية رؤية رائدة في السوق حول التطور الجيولوجي واحتمالات الهيدروكربون المحتملة لأحواض هيدروكربونية محددة ومناطق غير مستكشفة ومناطق حدودية

البحث عن الهيدروجين الأبيض يكتسب زخما. ونقدم أدناه خريطة توضح الدول التي يُعرف فيها وجود الهيدروجين الأبيض بدرجات متفاوتة، بالإضافة إلى مستوى مشاركتها الحالي في هذه العملية.

Natural hydrogen in the world



نرفق أيضًا هذه الخريطة بقائمة واسعة من مصادر المعلومات، بما في ذلك المقالات العلمية والتقارير التسويقية والبيانات الصحفية ومنشورات وسائل التواصل الاجتماعي والتقارير الإخبارية.
ورغم أن نشاط أتباع الهيدروجين الأبيض آخذ في النمو، إلا أن العطلة الحقيقية للجميع ستكون اليوم الذي يشير فيه الباحثون إلى المكان المحدد الذي يتواجد فيه الهيدروجين تحت السطح، ويقوم التقنيون بحفر بئر في هذا المكان والحصول على تدفقه الحقيقي.

  They went hunting for fossil fuels. What they found could help save the world. / By Laura Paddison, CNN, October 29, 2023
  The industrial exploitation of white hydrogen, myth or reality? / Guillaume, Project Manager in Alcimed’s Energy Environment Mobility team in France / Published on 12 January 2024
  White hydrogen can be a game-changer in Colombia's green transition. Here's why / Ricardo Roa Barragán / CEO, Ecopetrol / Jan 16, 2024
  Prospectors hit the gas in the hunt for ‘white hydrogen’ / Jillian Ambrose / The Guardian, 12 Aug 2023
  A new gold rush? The search for the natural hydrogen motherlode is coming to Canada / Kyle Bakx / CBC News / Jan 26, 2024
  White hydrogen – Switzerland joins the scramble for ‘clean oil’ / LUIGI JORIO / SWI swissinfo.ch / October 30, 2023
  Excitement grows about ‘natural hydrogen’ as huge reserves found in France / By Paul Messad / Euractiv / 30.06.2023
  'Massive spring' of almost-pure natural hydrogen found in Albanian mine, emitting at least 200 tonnes of H2 a year / By Leigh Collins / Hydrogen Insight / 9 February 2024
  Looking for natural hydrogen in Albania and Kosova / Dan Lévy, Molly Boka-Mene, Avni Meshi, Islam Fejza, Thomas Guermont, Benoît Hauville, Nicolas Pelissier / Front. Earth Sci., 17 April 2023 / Sec. Geochemistry / Volume 11 - 2023 | doi.org/10.3389/feart.2023.1167634
  Massive underground reservoir of natural hydrogen in Spain 'could deliver the cheapest H2 in the world' / By Rachel Parkes  / Hydrogen Insight / 6 April 2023
  Natural hydrogen found? | State-owned oil company analysing five sites across South Korea / By Leigh Collins / Hydrogen Insight / 31 March 2023
  Competitive advantage for Swedish industries? Natural Hydrogen discovered in Sweden (in 1988 by Vattenfall) / Natural Hydrogen Ventures / LinkedIn
  White (Natural) Hydrogen Industry Research Report 2024 - Focus on Exploration, Identified Deposits, and Future Scenarios /  Research and Markets, Apr 01, 2024
  ‘Gold’ hydrogen: natural deposits are all over the world – but how useful is it in our energy transition? / by David Waltham / The Institute of Materials, Minerals & Mining (IOM3) / 15 January 2024
  Natural hydrogen could change the world, if we understood it / By David Fickling / Bloomberg / Aug 1, 2023
  South Africa explores ‘white’ hydrogen potential / Sergio Matalucci December / pv magazine / December 19, 2023
  2SITE and Gold Hydrogen have Signed a MoU for the Development of a Natural Hydrogen Pilot Plant on the Yorke   Peninsula, South Australia / BUSINESS WIRE / November 26, 2023
  40 Companies Join Race for Natural Hydrogen Deposits / By Rystad Energy / Mar 13, 2024
   「ホワイト水素」、グリーン超えるか / Nikkei GX / 01.01.2024
  Natural hydrogen exploration and usage being examined by Brazil's national oil company Petrobras / By Polly Martin / Hydrogen Insight / 20 March 2024
  Natural hydrogen emanations in Namibia: Field acquisition and vegetation indexes from multispectral satellite image analysis / Isabelle Moretti, Ugo Geymond, Gabriel Pasquet, Leo Aimar, Alain Rabaute / International Journal of Hydrogen Energy, Volume 47, Issue 84, 5 October 2022, Pages 35588-35607
  Interest in white hydrogen grows / TAGESSPIEGELBACKGROUND,  Energie & Klima Von Linda Osusky
  Hydrogen emissions from hydrothermal fields in Iceland and comparison with the Mid-Atlantic Ridge / Valentine Combaudon, Isabelle Moretti, Barbara I. Kleine, Andri Stefánsson / International Journal of Hydrogen Energy, Volume 47, Issue 18, 28 February 2022, Pages 10217-10227 /
  THE PLACE OF NATURAL HYDROGEN IN THE ENERGY TRANSITION / The earth2 initiative / February 2023
  Migration of Natural Hydrogen from Deep-Seated Sources in the São Francisco Basin, Brazil / Frédéric-Victor Donzé, Laurent Truche, Parisa Shekari Namin, Nicolas Lefeuvre and Elena F. Bazarkina / Geosciences 2020, 10(9), 346; doi.org/10.3390/geosciences10090346
  The occurrence and geoscience of natural hydrogen: A comprehensive review / Viacheslav Zgonnik / Earth-Science Reviews, Volume 203, April 2020, 103140
  Maricá (Brazil), the new natural hydrogen play which changes the paradigm of hydrogen exploration / Alain Prinzhofer, Christophe Rigollet, Nicolas Lefeuvre, Joao Françolin, Paulo Emilio Valadão de Miranda / International Journal of Hydrogen Energy, Volume 62, 10 April 2024, Pages 91-98
  Burning fires at the Mount Chimaera or Yanartas near the village Çıralı at the Mediterranean coast in the province of Antalya / Roland Knauer / Alamy Stock Photo / 7 May 2013
  Diffused flow of molecular hydrogen through the Western Hajar mountains, Northern Oman / Viacheslav Zgonnik, Valérie Beaumont, Nikolay Larin, Daniel Pillot & Eric Deville /  Arabian Journal of Geosciences,  Volume 12, article number 71, (2019) / Published: 21 January 2019
  Natural H2 in Kansas: Deep or shallow origin? / J. Guélard, V. Beaumont, V. Rouchon, F. Guyot, D. Pillot, D. Jézéquel, M. Ader, K. D. Newell, E. Deville / Geochemistry, Geophysics, Geosystems, Volume18, Issue5, Pages 1841-1865    / 03 April 2017 / doi.org/10.1002/2016GC006544
  Natural Molecular Hydrogen Seepage Associated with Surficial, Rounded Depressions on the European Craton in Russia /     Nikolay Larin, Viacheslav Zgonnik, Svetlana Rodina, Eric Deville, Alain Prinzhofer & Vladimir N. Larin / Natural Resources Research / Published: 15 November 2014 / Volume 24, pages 369–383, (2015)
  Discovery of a large accumulation of natural hydrogen in Bourakebougou (Mali) / Alain Prinzhofer, Cheick Sidy Tahara Cissé, Aliou Boubacar Diallo / International Journal of Hydrogen Energy, Volume 43, Issue 42, 18 October 2018, Pages 19315-19326
  Geochemistry of reduced gas related to serpentinization of the Zambales ophiolite, Philippines / T.A. Abrajano, N.C. Sturchio, B.M. Kennedy, G.L. Lyon, K. Muehlenbachs, J.K. Bohlke / Applied Geochemistry, Volume 5, Issues 5–6, September–December 1990, Pages 625-630
  Bridging Natural Hydrogen and Geothermal Energy / Dr Eric C. Gaucher CEO & H2 explorer Lavoisier H2 Geoconsult / 05.10.2023
  Hidden hydrogen. Does Earth hold vast stores of a renewable, carbon-free fuel? /Eric Hand / 16 Feb 2023
  Real-time hydrogen mud logging during the Wenchuan earthquake fault scientific drilling project (WFSD), holes 2 and 3 in SW China / Zhen Fang, Yaowei Liu, Duoxing Yang, Lishuang Guo & Lei Zhang / Geosciences Journal /  Volume 22, pages 453–464, (2018)
  Hydrogen generation from mantle source rocks in Oman / C. Neal, G. Stanger / Earth and Planetary Science Letters, Volume 66, December 1983, Pages 315-320
  The gold hydrogen rush: Does Earth contain near-limitless clean fuel? / By James Dinneen / 31 January 2024

By the Editorial Board