Rozległe, bogate w żelazo formacje skalne Australii Zachodniej mogą zawierać więcej niż tylko cenną rudę żelaza.
Nowe badania Uniwersytetu Edith Cowan sugerują, że te starożytne skały mogą również naturalnie tworzyć wodór pod ziemią – otwierając drzwi do nowego, niskoemisyjnego źródła energii.
Czy Słońce pożarło gigantyczną planetę miliardy lat temu?
Badanie zostało opublikowane w International Journal of Hydrogen Energy pod tytułem „Geometry-driven controls on hydrothermal natural hydrogen generation from magnetic minerale”. Naukowcy skupili się na magnetycie, minerale bogatym w żelazo, występującym w dużych ilościach w prążkowych formacjach żelaza Australii Zachodniej.
Wodór zyskuje coraz większe zainteresowanie jako źródło energii, ponieważ może być wykorzystywany bez produkcji dwutlenku węgla tam, gdzie jest wykorzystywany. Obecnie jednak znaczna część światowego wodoru pochodzi z paliw kopalnych, co może skutkować znaczną emisją gazów cieplarnianych.
Wodór naturalny oferuje kolejną szansę. Zamiast produkować gaz w zakładzie przemysłowym, firmy mogłyby potencjalnie znaleźć wodór, który już naturalnie powstał pod ziemią – lub ułatwić reakcje geologiczne, które produkują go nieprzerwanie.
Popidol: Epicka powieść science fiction Chrisa Pratta za 200 milionów dolarów oficjalnie odniosła ogromny sukces streamingowy
Badacze z ECU badali jedną z tych reakcji. Magnetyt może reagować z gorącą wodą w określonych warunkach podziemnych i uwalniać gaz wodorowy. Australia Zachodnia jest szczególnie interesująca, ponieważ Pilbara mieści jedne z największych na świecie żelaznych formacji geologicznych.
Aby odtworzyć warunki głęboko pod powierzchnią, badacze umieścili próbki magnetytu w wodzie podgrzanej do 200 °C i utrzymywanej pod wysokim ciśnieniem przez 60 dni. Eksperyment pozwolił zespołowi obserwować, jak powstawał wodór i jakie cechy skały wpływały na jego produkcję.
Badacze badali również, czy można pobudzić naturalną reakcję. Odkryli, że wstrzykiwanie roztworu do formacji żelaza z taśmami może zwiększyć produkcję wodoru – co sugeruje, że przyszłe projekty mogą nie wymagać wyłącznie oparcia na wodorze, który już się nagromadził pod ziemią.
Adiunkt Alireza Keshavarz powiedział, że potencjalne zasoby mogą być bardzo duże. Jeśli proces ten zostanie ostatecznie rozwinięty w sposób ekonomiczny i bezpieczny, naturalnie produkowany wodór może przyczynić się do krajowych dostaw energii Australii, a być może także wesprzeć eksport.
Główny autor Kaveh Moghanirahimi powiedział, że rozległe formacje żelaza z taśmami w Australii Zachodniej czynią ten stan szczególnie obiecującym miejscem do eksploracji tego pomysłu. Lokalne zasoby wodoru mogą dodatkowo zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne, zmniejszając zależność od importowanego paliwa podczas przerw w dostawach.
Jednak badanie wykazało, że nie wystarczy tylko zlokalizować formację skalną bogatą w magnetyt. Fizyczna struktura podziemnej skały może być równie ważna jak zawartość minerałów.
Woda musi być w stanie dotrzeć do powierzchni świeżego magnetytu, aby reakcja chemiczna mogła się kontynuować. Pęknięcia, pory i połączone ścieżki wewnątrz skały wpływają więc na to, ile wody może przemieszczać się przez formację oraz ile wodoru może powstać.
To odkrycie pomaga wyjaśnić, dlaczego dwa obszary o podobnych ilościach magnetytu mogą produkować bardzo różne ilości wodoru. Szczelnie zamknięta formacja może ograniczać kontakt między gorącą wodą a minerałem, podczas gdy bardziej pęknięta i przepuszczalna formacja zapewnia znacznie lepszy dostęp.
Profesor Stefan Iglauer powiedział, że badania te pomagają powiązać kontrolowane eksperymenty laboratoryjne z znacznie bardziej skomplikowanymi warunkami występującymi pod ziemią. Rzeczywiste formacje geologiczne różnią się temperaturą, ciśnieniem, chemią wody, składem i strukturą minerałów – wszystko to może wpływać na produkcję wodoru.
Pomysł ten jest jeszcze na wczesnym etapie. Fakt, że wodór jest produkowany w laboratorium, nie oznacza automatycznie, że komercyjne ilości można produkować pod ziemią, efektywnie zbierać i dostarczać w konkurencyjnej cenie. Naukowcy będą potrzebować badań terenowych, aby ustalić, ile wodoru faktycznie można wyprodukować i poddać recyklingowi.
Istnieją także praktyczne kwestie związane z wierceniem, przepływem wód podpowierzchniowych, długoterminowymi tempami produkcji i wpływem na środowisko. Każda przyszła branża musi wykazać, że stymulowanie reakcji geologicznej nie stwarza nieakceptowalnych ryzyk ani nie wymaga więcej energii niż wodór może dostarczyć w zamian.
Niemniej jednak badanie wskazuje na potencjalnie istotną korzyść dla Australii Zachodniej: wiadomo, że geologia zawiera duże ilości minerałów potrzebnych do reakcji. Stan ten ma także wieloletnie doświadczenie w rozwoju zasobów na dużą skalę, co może przyczynić się do przyszłych poszukiwań, jeśli naturalny wodór okaże się komercyjnie opłacalny.
Odkrycia te powinny być zatem postrzegane jako dowód potencjału geologicznego – a nie jako dowód na nowy przemysł energetyczny. Wyniki laboratoryjne pokazują, że magnetyt może tworzyć wodór w realistycznych warunkach cieplnych i ciśnieniowych, a struktura skały w dużej mierze kontroluje ten proces. Kolejnym dużym testem będzie to, czy badacze potrafią odtworzyć użyteczne tempo produkcji w rzeczywistych formacjach podziemnych.
Jeśli uda się to osiągnąć bezpiecznie i ekonomicznie, konsekwencje mogą być znaczące. Naturalnie powstały wodór może stać się kolejną alternatywą w przejściu na energię o niższych emisjach – jednocześnie dając Australii Zachodniej nowe zastosowanie dla formacji geologicznych, które już słyną z zasobów żelaza.