20 فوریه 2025 -هیدروژن طبیعی -© shutterstock/petrmalinak
محققان GFZ با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیشرفته فرآیندهای تکتونیکی صفحه، مکان‌هایی را برای کشف منابع هیدروژن طبیعی شناسایی کرده‌اند.گاز هیدروژن (H2) پتانسیل زیادی برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی فعلی دارد و همزمان انتشار CO2 و سایر آلاینده‌ها را حذف می‌کند.
با این حال، یک مانع بزرگ این است که نیاز به تولید انبوه دارد. تولید هیدروژن مصنوعی فعلی، در بهترین حالت، مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر است، اما در صورت استفاده از انرژی فسیلی می‌تواند آلاینده باشد.
راه حل ممکن است در طبیعت یافت شود زیرا فرآیندهای زمین شناسی مختلف می توانند هیدروژن تولید کنند. تا به حال، مشخص نیست که کجا باید به دنبال تجمع هیدروژن طبیعی در مقیاس بزرگ باشیم.
تیمی از محققان به سرپرستی دکتر فرانک زوآن، دانشمند بخش مدل‌سازی ژئودینامیک در مرکز علوم زمین هلمهولتز GFZ، پاسخی به این سوال ارائه می‌کنند.
محققان با استفاده از مدل‌سازی تکتونیکی صفحه‌ای دریافتند که رشته‌کوه‌هایی که در آنها سنگ‌های گوشته عمیق در نزدیکی سطح یافت می‌شوند، نشان‌دهنده نقاط بالقوه هیدروژن طبیعی هستند.
این رشته‌کوه‌ها نه تنها ممکن است محیط‌های زمین‌شناسی ایده‌آل برای تولید H2 طبیعی در مقیاس بزرگ باشند، بلکه برای تشکیل تجمع‌های H2 در مقیاس بزرگ که می‌توان برای تولید هیدروژن حفاری کرد.
هیدروژن طبیعی می‌تواند به روش‌های مختلفی تولید شود، به عنوان مثال، با تبدیل باکتریایی مواد آلی یا شکافتن مولکول‌های آب که در اثر فروپاشی عناصر رادیواکتیو در پوسته قاره‌ای زمین ایجاد می‌شود.
زنده ماندن کلی هیدروژن طبیعی به عنوان منبع انرژی قبلاً در مالی ثابت شده است، جایی که حجم محدودی از H2 که از لایه‌های رسوبی غنی از آهن سرچشمه می‌گیرد از طریق گمانه‌های زیرسطحی تولید می‌شود.
با این حال، امیدوارکننده‌ترین مکانیسم برای تولید هیدروژن طبیعی در مقیاس بزرگ، یک فرآیند زمین‌شناسی است که در آن سنگ‌های گوشته با آب واکنش می‌دهند. کانی های موجود در سنگ های گوشته ترکیب خود را تغییر داده و کانی های جدیدی از گروه سرپانتین و همچنین گاز H2 را تشکیل می دهند.
برای اینکه این سنگ ها با آب در تماس باشند و سرپانتینی شوند، باید از نظر تکتونیکی به سمت سطح زمین نبش قبر شوند.مدل سازی تکتونیکی امکان تولید هیدروژن بهتر در سنگ ها را فراهم می کند.
این تیم با استفاده از یک رویکرد مدل‌سازی تکتونیکی صفحه عددی پیشرفته، کالیبره‌شده با داده‌های نمونه‌های طبیعی، تکامل تکتونیکی صفحه کامل را از شکافتن اولیه تا تجزیه قاره، و به دنبال آن بسته شدن حوضه و ساخت کوه شبیه‌سازی کرد.
در این شبیه‌سازی‌ها، محققان توانستند برای اولین بار تعیین کنند که کجا، چه زمانی و چه مقدار سنگ گوشته در کوه‌ها نبش قبر می‌شود و چه زمانی ممکن است این سنگ‌ها در تماس با آب در دماهای مطلوب باشند تا امکان سرپانتینه‌سازی کارآمد و تولید هیدروژن طبیعی فراهم شود.
به نظر می رسد که شرایط برای سرپانتینه شدن و بنابراین، تولید H2 طبیعی در رشته کوه ها به طور قابل توجهی بهتر از حوضه های شکاف است.
با توجه به محیط نسبتاً سردتر در رشته‌کوه‌ها، حجم بیشتری از سنگ‌های گوشته خارج شده در دماهای سرپانتینیزاسیون مطلوب 200-350 درجه سانتی‌گراد یافت می‌شوند. در عین حال، گردش آب فراوان در امتداد گسل‌های بزرگ درون کوه‌ها می‌تواند پتانسیل سرپانتینی شدن آنها را فراهم کند.در نتیجه، ظرفیت تولید سالانه هیدروژن در رشته کوه ها می تواند تا 20 برابر بیشتر از محیط های شکاف باشد.
تشدید اکتشاف هیدروژن طبیعی
این تحقیق انگیزه ای قوی برای تشدید اکتشاف H2 طبیعی در رشته کوه ها فراهم می کند.
تلاش‌های اکتشافی مختلفی در حال حاضر در مکان‌هایی مانند پیرنه، آلپ‌های اروپایی و بالکان در حال انجام است، جایی که محققان قبلاً نشانه‌هایی از تولید هیدروژن طبیعی در حال انجام را یافته‌اند.
دکتر زوآن توضیح داد: «توسعه مفاهیم جدید و استراتژی‌های اکتشافی برای موفقیت این تلاش‌ها بسیار مهم است.از اهمیت ویژه ای برخوردار است که چگونه تشکیل انباشته های H2 طبیعی اقتصادی توسط تاریخچه زمین ساختی یک سایت اکتشافی مشخص کنترل می شود.وی در پایان گفت: «ما باید زمان‌بندی فرآیندهای زمین‌شناسی کلیدی درگیر را تعیین کنیم، زیرا اگر مخازن H2 در حین کوه‌سازی تشکیل شوند، باید از قبل شکافتگی صورت گرفته باشد.به طور کلی، بینش‌های به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی‌های تکتونیکی صفحه‌ای مانند آنچه در این مطالعه انجام شد، ارزش زیادی خواهد داشت.»
