تشير الأبحاث الناشئة إلى أن قشرة الأرض تخفي ما يكفي من الهيدروجين الذهبي لتزويد العالم بالطاقة لعشرات الآلاف من السنين
في عام 1987، أشعل أحد العمال سيجارة بجوار بئر مياه جديد بالقرب من قرية بوراكيبوغو في مالي.
ولكن أثناء قيامه بذلك، دوى انفجار داخل البئر. نحن نعلم الآن أن هذا كان بسبب سحب لم يتم اكتشافها سابقًا من الهيدروجين القابل للاشتعال المنبعث من خزان غاز أسفل الحفرة.
بئر بوراكيبوجو هو الأول والوحيد في العالم بئر الهيدروجين المنتج. بخلطه مع الأكسجين في خلايا الوقود، يمكن للهيدروجين – أصغر وأبسط جزيء موجود – توليد الكهرباء دون انبعاثات غازات الدفيئة وباستخدام الحرارة والماء فقط كمنتجات ثانوية. وهذا يجعل الهيدروجين مصدرًا نظيفًا للطاقة، ومن المتوقع أن يزداد الطلب عليه خمسة أضعاف بحلول عام 2050 لإنتاج الإلكترونيات الدقيقة، وصناعة التوريدات، ومركبات الطاقة والمباني.
وتسارع شركات التنقيب عن الموارد الآن للعثور على خزانات من الهيدروجين الطبيعي، المعروف أيضًا باسم الهيدروجين “الذهبي”. ولمساعدتهم، حدد العلماء “المكونات” الرئيسية اللازمة لتشكيل مثل هذه التراكمات. وبفضل هذه المعرفة، تكتسب تقنيات تعزيز أو محاكاة توليد الهيدروجين الطبيعي، والتي كانت تعتبر في السابق غير عملية، اهتمامًا متزايدًا، حسبما قال الخبراء لموقع Live Science.
“إننا نستمر في العثور على المزيد والمزيد كلما بدأنا في البحث عنه” جيفري إليسقال عالم كيمياء البترول في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية لموقع Live Science.
التحول النموذجي
يعتبر الهيدروجين مصدرًا للطاقة، ولكنه أيضًا عنصر مهم في الأسمدة والنفط المكرر ووقود الصواريخ. صناعة تنتج تقريبا كل الهيدروجين وذلك بتسخين الغاز الطبيعي بالبخار لتكوين خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون يمكن استخلاص الهيدروجين منه.
هذه الطريقة تنتج الهيدروجين “الرمادي”، ويتم ضخه 1 مليار طن (920 مليون طن متري) من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كل عام – ما يعادل 2.4% من الانبعاثات السنوية العالمية من الناحية النظرية، يمكن للطاقات المتجددة أن تحل محل الغاز الطبيعي لتوليد الهيدروجين “الأخضر”، في حين يتم تصنيع الهيدروجين “الأزرق” من الوقود الأحفوري ولكن مع احتجاز الكربون، مما يعني أن الكربون لا يدخل الغلاف الجوي. لكن هذه العناصر مجتمعة تشكل جزءًا صغيرًا من إنتاج الهيدروجين في جميع أنحاء العالم.
“الهيدروجين هو مصدر نظيف للطاقة، ولكن كيفية الحصول على الهيدروجين هو أمر بالغ الأهمية”. كريس بالنتينوقال أستاذ الكيمياء الجيولوجية بجامعة أكسفورد لموقع لايف ساينس:
ومع ذلك، فإن وجود مصدر جديد للهيدروجين يمكن أن يقلل من البصمة الكربونية لهذه الصناعة، حيث اتضح أن كميات هائلة من الهيدروجين يمكن أن تتراكم تحت الأرض. لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن الصخور الموجودة في القشرة الأرضية تنتج الهيدروجين، لكن الخبراء خلصوا سابقًا إلى أن الغاز لا يمكن أن يتجمع في الخزانات لأنه تم العثور على تركيزات صغيرة منه فقط في آبار النفط والغاز.
وقد أطاح الاكتشاف في مالي بهذه النظرية. أدرك الباحثون أن الأماكن التي تقوم فيها الشركات بالتنقيب عن النفط والغاز ليست أفضل الأماكن للعثور على الهيدروجين.
خزانات ضخمة، في انتظار العثور عليها
وقد أطلق اكتشاف مالي عملية بحث عالمية عن خزانات الهيدروجين. ولكن قبل أن يبدأ الجيولوجيون مشاريع استكشاف مكلفة، فإنهم بحاجة إلى معرفة مقدار الهيدروجين الذي قد يكون كامنًا تحت الأرض.
تشير التقديرات الجديدة إلى أنها كمية مذهلة. أنتجت القشرة القارية للأرض ما يكفي من الهيدروجين على مدى المليار سنة الماضية لتلبية احتياجات المجتمع الحالية من الطاقة لمدة 170 ألف سنة، حسبما وجدت مراجعة حديثة أجراها بالنتين وزملاؤه. وقال بالنتين إنه على الرغم من أن الكثير من هذا الهيدروجين قد تسرب إلى الغلاف الجوي، إلا أن هذا الرقم يمثل “نقطة انطلاق لإدراك أن توليد الهيدروجين في القشرة أمر مهم”.
تقديرات أخرى تضاعف الرقم الوارد في صحيفة بالنتين. وقال بالنتين إن الأفيوليت عبارة عن قطع من القشرة المحيطية تم دفعها إلى القشرة القارية، وتشير بعض التقديرات إلى أن بقايا القشرة المحيطية قد تنتج كمية من الهيدروجين تعادل ما تنتجه القشرة القارية.
ولكن ما مقدار هذا الهيدروجين المتبقي في القشرة الأرضية؟ وفي عام 2024، قام إليس وزملاؤه بحساب ذلك يحتوي الكوكب على 6.2 تريليون طن (5.6 تريليون طن متري) من الهيدروجين، أو حوالي 26 ضعف كمية الزيت ومن المعروف أن تترك في الأرض. مكان وجود مخزونات الهيدروجين هذه غير معروف إلى حد كبير. من المحتمل أن تكون معظمها عميقة جدًا أو بعيدة جدًا عن الشاطئ بحيث لا يمكن الوصول إليها، وقد تكون بعض الخزانات صغيرة جدًا بحيث لا تستحق الاستخراج – لكن الباحثين أكدوا أن 2٪ فقط من إجمالي الهيدروجين يمكن أن يحل محل الوقود الأحفوري الحالي لمدة 200 عام.
وقال إليس: “إن الإمكانات الموجودة هناك كبيرة جدًا”. علاوة على ذلك، فإن الهيدروجين الطبيعي، على عكس النوع الذي يتم إنتاجه عبر العمليات الصناعية، يأتي مزودًا بمخزن مدمج لأنه موجود في القشرة الأرضية. وقال إليس إن له أيضًا بصمة كربونية أصغر بكثير من الهيدروجين المُصنَّع، حيث تأتي الانبعاثات فقط من الاستخراج.
المكونات
في يناير 2025، إليس وزملاؤه نشر خريطة توضح الأماكن التي قد توجد بها خزانات الهيدروجين في الولايات الأمريكية الـ 48 السفلى. استخدم الباحثون بيانات الجاذبية والإشارات المغناطيسية لتقدير تكوين الصخور في جميع أنحاء قشرة الأرض وتحديد المكان الذي قد هاجر فيه الهيدروجين تحت الأرض.
وقال إليس: “كانت هذه هي المرة الأولى التي يحاول فيها أي شخص القيام بهذا النوع من تمرين رسم الخرائط”.
وقدر الباحثون احتمالية وجود خزانات هيدروجينية منتجة، والمعروفة باسم الاحتمالية، بناءً على ستة متطلبات جيولوجية تصنع الهيدروجين وتحبسه في القشرة الأرضية. على الخريطة، تتراوح الاحتمالية من 0 إلى 1، حيث يعني 0 أنه من المحتمل عدم وجود الهيدروجين و 1 يشير إلى وجود الهيدروجين على الأرجح.
لتشكيل خزان الهيدروجين، الشرطان الأول والثاني هما أن المنطقة يجب أن تحتوي على مياه جوفية وفيرة وصخور منتجة للهيدروجين. متطلبات المياه تحد من إنتاج الهيدروجين إلى أعلى 10 أميال (16 كيلومترا) من القشرة الأرضية، أوليفر واروقال أستاذ مساعد في الكيمياء الجيولوجية بجامعة أوتاوا لموقع Live Science.
أفضل الصخور المنتجة للهيدروجين هي الصخور الغنية بالحديد، والتي تولد الهيدروجين من خلال “تفاعلات الماء”، حيث يتفاعل الماء مع الصخور. المصادر الجيدة الأخرى للهيدروجين هي الصخور الغنية باليورانيوم والثوريوم، والتي تنتج جسيمات ألفا مع اضمحلال العناصر المشعة. وقال وار إن جسيمات ألفا يمكنها بعد ذلك تقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين، وهي عملية تعرف باسم التحليل الإشعاعي.
وتشمل الصخور الغنية بالحديد البازلت والجابرو. يقوم غطاء الأرض، وهو الطبقة الموجودة أسفل القشرة، بتسخين المياه الجوفية، وينتج البخار الذي يتفاعل مع الحديد ويولد الهيدروجين. وتشمل الصخور الغنية باليورانيوم والثوريوم الجرانيت، والتي يمكن أن تؤدي إلى التحليل الإشعاعي للمياه.
الشرط الثالث هو أن تكون الصخور المصدرية ساخنة جدًا جدًا، بين 480 و570 درجة فهرنهايت (250 إلى 300 درجة مئوية)، مما يضمن معدلات تفاعل سريعة، كما قال إليس.
رابعا، يجب أن تحتوي المنطقة على صخور خزانية يمكنها الاحتفاظ بالهيدروجين بعد إنتاجه وانتقاله عبر القشرة الأرضية. وقال إليس إن صخور الخزان عادة ما تكون عبارة عن أحجار رملية مسامية، ولكن أنواع أخرى من الصخور يمكن أن تعمل أيضًا إذا كانت مجزأة للغاية.
المعيار الخامس لتشكيل خزان الهيدروجين هو “ختم” غير منفذ لاحتجاز الغاز داخل الخزان. وقال إليس: “إن شيئًا مثل الصخر الزيتي، أو ربما الملح، سيكون مثاليًا حقًا للجلوس فوق تلك الصخور المسامية”. وقال إنه من الأهمية بمكان أن يكون الختم موجودًا عند إنتاج الهيدروجين، وإلا يهرب الغاز إلى الغلاف الجوي.
الشرط السادس والأخير هو أنه يجب أن يكون هناك حد أدنى من النشاط الميكروبي حيث يتم توليد الهيدروجين وتراكمه، لأن الميكروبات تستهلك الهيدروجين، كما قال وار.
وقال بالنتين إن هذه الشروط أو المكونات الستة تحدث في جميع القارات. في الوقت الحالي، تقوم شركات الهيدروجين بحفر آبار استكشافية في الغالب في منطقة Midcontinent Rift – حيث أمريكا الشمالية بدأت، لكنها فشلت في نهاية المطاف، في الانقسام منذ مليار سنة – والتي تتواجد بكثرة في الصخور الغنية بالحديد.
نتطلع إلى الأمام
ويقوم الباحثون أيضًا بدراسة رواسب الهيدروجين في عُمان، حيث توجد مادة الأفيوليت. علماء الجيولوجيا بجامعة كولورادو تشغيل مشروع تجريبي وقال إليس: “إننا في البلاد لاختبار جدوى إنتاج “الهيدروجين المحفز”.
يستلهم إنتاج الهيدروجين المحفز مما تعلمه العلماء عن جيولوجيا الذي يصنع ويتراكم الهيدروجين. وهو يتضمن حقن الماء في القشرة الأرضية لبدء تفاعلات الترطيب أو التحليل الإشعاعي.
وقال إليس إنه قبل عام واحد، كان العاملون في صناعة الهيدروجين متشككين في إمكانية تحقيق إنتاج الهيدروجين المحفز. ولكن الآن، قال: “لقد رأيت تحولا كبيرا”.
إذا تمكنا من العثور على الهيدروجين الطبيعي واستخراجه، فإن الغاز يمكن أن يقلل الانبعاثات عبر مجموعة واسعة من القطاعات. على سبيل المثال، يوجد الهيدروجين بكثرة في المناجم، لأن هذا هو المكان الذي يحفر فيه البشر أعمق في القشرة الأرضية، لذلك يمكن للغاز تشغيل عمليات التعدين، كما قال وار.
ويمكن للهيدروجين الطبيعي أيضًا أن يخفض الانبعاثات الصادرة عن صناعات مثل تصنيع الأسمدة. وقال بالنتين: “إذا تمكنا من استبدال الهيدروجين الناتج من الهيدروكربونات بالهيدروجين النظيف، فيمكننا أن نحدث فرقًا هائلاً بسرعة كبيرة”.
لن يحل الهيدروجين الطبيعي أزمة المناخ، لكنه يمكن أن يخفف من بعض المخاطر. وقال وار: “يجب أن تكون واحدة من الاستراتيجيات العديدة”. “نحن بحاجة فقط إلى فهم الإمكانات الحقيقية وكيفية الاستفادة منها بشكل أفضل.”
بعض الاعتبارات الرئيسية للشركات هي ما إذا كانت فوائد تطوير خزانات الهيدروجين الطبيعية عندما نجدها تبرر تكلفة بناء مصانع الإنتاج في الموقع، أو شحن الغاز إلى الصناعات التي تحتاج إليه.
وقال بالنتين: “إذا كنت بعيدًا وعثرت على حقل غاز كبير حقًا، فقد لا يكون من المفيد إنتاجه، لأن تكاليف توصيل الهيدروجين إلى السوق مرتفعة للغاية”. “هناك مقايضة.”
لكن بشكل عام، الخبراء متفائلون. وقال إليس: “أعتقد أنه تم حفر أكثر من اثنتي عشرة بئراً الآن في الولايات المتحدة”. “لقد وجدوا الكثير من الهيدروجين.”
نشر لأول مرة على: www.livescience.com
تاريخ النشر: 2025-12-09 22:01:00
الكاتب: sascha.pare@futurenet.com (Sascha Pare)
تنويه من موقع “بتوقيت بيروت”:
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
www.livescience.com
بتاريخ: 2025-12-09 22:01:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “بتوقيت بيروت”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
