В современном мире надежное снабжение газообразным водородом жизненно важно для функционирования общества. Удобрения, производимые из водорода, обеспечивают продовольствием половину населения земного шара, и водород также является ключевым энергетическим компонентом во многих дорожных картах к углеродно-нейтральному будущему, что необходимо, если мы хотим предотвратить наихудшие прогнозы изменения климата.

Сегодня водород производится из углеводородов, а на долю отходящих газов приходится 2,4% общемировых выбросов _CO2. Ожидается, что спрос на водород увеличится с 90 миллионов тонн в 2022 году до 540 миллионов тонн в 2050 году, но жизненно важно, чтобы этот водород не выделял _CO2. Производство с последующим захоронением отходов _CO2 ("связывание углерода") или использование возобновляемых источников энергии (ветровой или солнечной) являются будущими источниками водорода, но пока не являются коммерчески конкурентоспособными.

Новое исследование, проведенное Оксфордским университетом в сотрудничестве с Даремским университетом и Университетом Торонто, предлагает решение. За последний миллиард лет континентальная кора Земли произвела достаточное количество газообразного водорода, чтобы обеспечить энергетические потребности человечества по меньшей мере на 170 000 лет. Несмотря на то, что часть этого была потеряна, потреблена или недоступна сегодня, оставшийся водород мог бы стать естественным (и без выбросов) источником этого природного ресурса.

До сих пор ограниченный исторический отбор проб водорода и его измерения ограничивали текущее понимание учеными того, где и в каком количестве находится водород в земной коре. Поиск доступных и коммерчески жизнеспособных залежей природного геологического водорода имеет решающее значение для проведения геологоразведочных работ.

Соавтор исследования профессор Джон Глуйас (Университет Дарема) отмечает: "Мы успешно разработали стратегию разведки гелия, и аналогичный подход "первых принципов" можно применить и к водороду".

В этом исследовании излагаются ключевые ингредиенты, необходимые для разработки стратегии разведки с целью поиска различных "водородных систем". Это включает в себя количество образующегося водорода, типы горных пород и условия, в которых это происходит, как водород мигрирует под землей из этих пород, условия, которые позволяют образовываться газовому месторождению, и условия, которые уничтожьте водород.

Соавтор исследования профессор Барбара Шервуд Лоллар (Университет Торонто) сказала: "Мы знаем, например, что подземные микробы охотно питаются водородом. Избегать воздействия окружающей среды, в которой они контактируют с водородом, важно для сохранения водорода в экономичных накоплениях".

Авторы описывают, где понимание этих ингредиентов является сильным, и выделяют области, требующие дополнительной работы, такие как эффективность реакции горных пород и то, как геологическая история может объединить нужные породы и воду, которая с ними реагирует.

Некоторые источники газообразного водорода, например, из мантии Земли, вызвали много спекуляций и преувеличений, но это исследование показывает, что они не являются жизнеспособными источниками. Вместо этого авторы показали, что ингредиенты для полноценной водородной системы можно найти в ряде распространенных геологических условий в пределах земной коры. Некоторые из них могут быть геологически довольно молодыми, образовав водород "недавно" (миллионы- десятки миллионов лет назад), другие действительно древние (сотни миллионов лет назад), но, что критически важно, встречаются по всему миру.

Ведущий автор, профессор Крис Баллентайн (Оксфордский университет, факультет наук о Земле), сказал: "Комбинирование ингредиентов для обнаружения накопленного водорода в любом из этих режимов можно сравнить с приготовлением суфле - неправильно используйте любой из ингредиентов, количество, время или температуру, и вы будете разочарованы. Один успешный исследовательский рецепт, который можно повторить, откроет коммерчески конкурентоспособный низкоуглеродистый источник водорода, который внесет значительный вклад в переход к энергетике - у нас есть необходимый опыт, чтобы объединить эти ингредиенты и найти нужный рецепт".

Потенциал природного геологического водорода побудил авторов основать Snowfox Discovery Ltd., геологоразведочную компанию, задачей которой является поиск общественно значимых природных скоплений водорода.