Skały bogate w żelazo mogą produkować wodór. Naukowcy chcą przyspieszyć ten proces
Naukowcy z Edith Cowan University w Australii Zachodniej odkryli, że bogate w żelazo formacje skalne w regionie Pilbara mogą naturalnie generować wodór. Jak przekonują, proces ten da się sztucznie zintensyfikować. Jeśli technologię uda się skalować, olbrzymie złoża pod Pilbarą mogłyby stać się nowym źródłem niskoemisyjnej energii dla Australii, a potencjalnie także towarem eksportowym na skalę globalną.
Badania zespołu z Wydziału Inżynierii ECU skupiły się na magnetycie — minerale powszechnie występującym w olbrzymich złożach rudy żelaza w regionie Pilbara w Australii Zachodniej. Naukowcy wykazali, że magnetyt uwalnia wodór w reakcji z gorącą wodą, w warunkach zbliżonych do tych panujących głęboko pod powierzchnią Ziemi.
– Australia może siedzieć na ogromnych, niewykorzystanych rezerwach energii, a potencjał jest olbrzymi. Jest tam wystarczająco dużo wodoru, by Australia mogła z tego korzystać przez pokolenia, a potencjalnie wystarczająco dużo, byśmy stali się poważnym eksporterem bezemisyjnej energii dla reszty świata – powiedział Alireza Keshavarz, profesor nadzwyczajny Edith Cowan University, współautor badania.
Zespół odkrył też sposób na stymulowanie tego procesu. Wstrzykując odpowiedni roztwór do tzw. formacji żelaza pasmowego (ang. banded iron formations), badacze zwiększyli tempo generowania wodoru, co otwiera możliwość, że naturalnie powstający pod ziemią wodór dałoby się w przyszłości celowo intensyfikować.
Inny autor badania, Kaveh Moghanirahimi, podkreślił z kolei szczególne znaczenie tego odkrycia dla samej Australii Zachodniej, gdzie znajdują się jedne z największych formacji żelaza pasmowego na Ziemi.
– Australia Zachodnia ma jedne z największych na świecie formacji żelaza pasmowego. Jeśli uda nam się odblokować ten zasób na dużą skalę, mogłoby to odmienić naszą przyszłość energetyczną. Widzimy nawet potencjał, by Australia Zachodnia mogła wzmocnić swoją niezależność energetyczną w czasach kryzysu dzięki dostępowi do tego naturalnie generowanego wodoru – powiedział Kaveh Moghanirahimi.
Jak odtworzono warunki panujące głęboko pod ziemią?
Aby zbadać mechanizm reakcji, naukowcy umieścili próbki magnetytu w wodzie o temperaturze 200 st. C., pod wysokim ciśnieniem, na okres 60 dni. Warunki te miały odtwarzać gorące, zaciśnięte środowisko panujące głęboko pod powierzchnią. Eksperyment pozwolił zespołowi lepiej zrozumieć, jak naturalny wodór formuje się w skale oraz jakie warunki są potrzebne, by proces jego produkcji utrzymywał się w czasie.
Profesor Stefan Iglauer z Wydziału Inżynierii ECU podkreślił, że wyniki przybliżają naukowców do zrozumienia, jak produkcja wodoru mogłaby przebiegać w rzeczywistych formacjach skalnych, a nie tylko w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych
– Ta praca pomaga zasypać lukę między eksperymentami laboratoryjnymi a rzeczywistymi systemami geologicznymi – wyjaśnił Stefan Iglauer, profesor Edith Cowan University.
Nie tylko ilość magnetytu ma znaczenie
Badanie wykazało również, że sama ilość magnetytu w skale nie determinuje, ile wodoru można wyprodukować. Równie istotna jest struktura samej skały, w szczególności to, czy woda może swobodnie przez nią przenikać i docierać do świeżych powierzchni minerału. Jak wskazano w badaniu:
– Nasze wyniki pokazują, że produkcja wodoru zależy nie tylko od ilości obecnego magnetytu, ale również od tego, jak łatwo woda może dotrzeć do świeżych powierzchni minerału poprzez szczeliny, pory i przepuszczalne ścieżki – czytamy.
Oznacza to, że pęknięcia, pory i inne mikroskopijne ścieżki w skale mogą odgrywać kluczową rolę w tym, czy naturalny wodór da się wygenerować wystarczająco wydajnie, by stał się praktycznym źródłem energii.
Badanie, zatytułowane „Geometry-driven controls on hydrothermal natural hydrogen generation from magnetite mineral”, zostało opublikowane w czasopiśmie „International Journal of Hydrogen Energy”.
Wodór ma wiele kolorów. Czym różni się „naturalny” od „zielonego” i „niebieskiego”?
Branża energetyczna od lat posługuje się nieformalną klasyfikacją kolorystyczną wodoru, która opisuje sposób jego pozyskania, a nie właściwości samego gazu. Chemicznie wodór zawsze pozostaje tym samym pierwiastkiem, niezależnie od metody produkcji. Oto rozróżnienie rodzajów wodoru stosowane w branży:
- Wodór szary — powstaje z gazu ziemnego w procesie reformingu parowego, bez wychwytywania emitowanego przy tym CO2. To wciąż najtańsza i najbardziej rozpowszechniona dziś metoda produkcji wodoru na świecie, ale też najbardziej emisyjna.
- Wodór niebieski — produkowany tą samą metodą co szary, z tą różnicą, że powstający CO2 jest wychwytywany i składowany (technologia CCS). Emisyjność jest znacznie niższa niż w przypadku wodoru szarego, ale nie zerowa, a sama technologia wychwytu podnosi koszty.
- Wodór zielony — powstaje w procesie elektrolizy wody, zasilanej wyłącznie energią z odnawialnych źródeł (wiatr, słońce, woda). To najbardziej ekologiczna, ale też najdroższa i najbardziej energochłonna metoda — wymaga znacznych ilości prądu, by rozbić cząsteczki wody na wodór i tlen.
- Wodór naturalny (czasem nazywany „złotym”) — to kategoria opisana w powyższym badaniu. W przeciwieństwie do pozostałych kolorów nie jest wytwarzany przez człowieka w reaktorze czy elektrolizerze, lecz powstaje samoistnie w skorupie ziemskiej w wyniku procesów geochemicznych, takich jak opisana wyżej reakcja magnetytu z gorącą wodą i teoretycznie wystarczy go po prostu wydobyć, podobnie jak gaz ziemny czy ropę naftową.
To właśnie brak konieczności energochłonnej elektrolizy sprawia, że wodór naturalny budzi tak duże zainteresowanie naukowców i inwestorów. Jeśli uda się go wydobywać na skalę przemysłową i po akceptowalnym koszcie, mógłby okazać się tańszy zarówno od wodoru zielonego, jak i niebieskiego, przy jednoczesnym zachowaniu niskiej emisyjności.
Patrycja Rapacka
patrycja.rapacka@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
