هل يمكن أن تُغذي احتياطيات الهيدروجين الطبيعي كوكب الأرض لقرون بالفعل؟

أصدر باحثون من ثلاث جامعات مرموقة — دورهام، وأوكسفورد، وتورونتو — ورقة علمية جديدة تقدم دليلًا لاستكشاف رواسب الهيدروجين الجوفية، وتزعم أن احتياطيات الكوكب، من الناحية النظرية، يمكنها أن تلبي جميع احتياجات الطاقة لسنوات عديدة إلى درجة أنك قد تصف الرقم المطروح بأنه مبالغة خيالية إن تم تكراره. (انظر: Ballentine, et. al. “Natural hydrogen resource accumulation in the continental crust”، Nature Reviews Earth & Environment).

ورغم أننا لا نعلم إن كان هؤلاء الأساتذة على حق، فإن أي مقال يذكر أرقامًا ضخمة بهذا الحجم سيجذب انتباه البعض بالتأكيد.

في الأثناء، لا يزال المال يتدفق إلى هذا المجال، وإن لم يكن بالضرورة من أسماء كبرى في عالم النفط التقليدي. كنا قد أشرنا سابقًا إلى أن شركة فورتيسكيو الأسترالية العملاقة في مجال التعدين، اشترت حصة كبيرة في شركة أسترالية تقوم بالحفر في الولايات المتحدة الوسطى. ومن المتوقع أن نعرف ما تقدمه تلك الآبار هذا الصيف.

الآن، ثلاث شركات يابانية عملاقة — تويوتا، وميتسوبيشي، وENEOS Xplora (وهي شركة نفط) — استثمرت في شركة أسترالية تملك آفاقًا واعدة داخل أستراليا، ومن المرجح أن تبدأ أعمال الحفر في وقت لاحق من هذا العام.

ولا ينبغي أن ننسى أيضًا أن الفرنسيين اكتشفوا ما يروج له على أنه أكبر حقل هيدروجين في العالم، وقد أصدرت الحكومة تصاريح لعدة شركات، من بينها شركة تابعة لـ Engie، وهي شركة مرافق فرنسية عملاقة. ويبدو أن النشاط الجاري في فرنسا — بالنظر إلى حجم الاكتشاف وثقل الجهات الفاعلة — قد يكون بالفعل الشرارة التي تطلق هذه الصناعة بقوة.

هل يمكن أن تصبح فرنسا أكبر مورد في العالم للهيدروجين؟

كل هذا النشاط الاستكشافي يحدث في لحظة حاسمة لأنصار الهيدروجين. إنتاج الهيدروجين بالاعتماد على الطاقة المتجددة لا يزال عملية مكلفة. تلك المنشآت الضخمة التي يسعى الرئيس ترامب إلى إغلاقها تؤدي هذا الدور بالضبط، ولهذا تحتاج إلى دعم حكومي كبير لإطلاق قطاع "الهيدروجين الأخضر" كمصدر طاقة مستدام.

في المقابل، الهيدروجين الطبيعي قد يكون قادرًا على المنافسة من حيث السعر — دون الحاجة إلى الدعم — فلماذا ندفع أكثر مقابل نفس الوقود الأخضر؟

فلا حاجة لكل ذلك العتاد والمعدات لتصنيع الهيدروجين صناعيًا.

ومع ذلك، يُطرح هنا سؤال البنية التحتية: كيف سيتم نقل الهيدروجين، وبأي هيئة؟
لكن ربما يؤجل هذا السؤال حتى نعرف أماكن وجود هذه الرواسب الطبيعية ومدى انتشارها الجغرافي.

هل يمكن أن تقودنا الجبال إلى عصر الهيدروجين الطبيعي؟

دراسة جديدة تكشف عن مناطق واعدة لاكتشاف الهيدروجين الطبيعي عبر نمذجة الصفائح التكتونية

يُعدّ تطوير موارد جيولوجية مستدامة للطاقة أحد التحديات الكبرى للبشرية في القرن الحادي والعشرين، حيث يتمتع غاز الهيدروجين (H₂) بإمكانات هائلة لاستبدال الوقود الأحفوري الحالي، مع القضاء في الوقت نفسه على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى المصاحبة له.

لكن العقبة الكبرى تكمن في أن الهيدروجين يجب أن يُنتَج أولًا، والإنتاج الصناعي الحالي للهيدروجين — وإن كان أحيانًا قائمًا على مصادر طاقة متجددة — يمكن أن يكون ملوثًا عندما يعتمد على الطاقة الأحفورية.

وقد يكون الحل كامنًا في الطبيعة نفسها، إذ يمكن أن تُنتِج العمليات الجيولوجية المختلفة الهيدروجين الطبيعي. ومع ذلك، ظل من غير الواضح حتى الآن أين يجب البحث عن تراكمات كبيرة محتملة لهذا الغاز في باطن الأرض.

ويقدم فريق من الباحثين بقيادة الدكتور فرانك زوان من قسم النمذجة الجيوديناميكية في مركز "GFZ هيلمهولتز لعلوم الأرض" بألمانيا إجابة واعدة لهذا السؤال:

• فمن خلال استخدام نمذجة الصفائح التكتونية، اكتشف الفريق أن سلاسل الجبال التي تحتوي على صخور من أعماق الوشاح الأرضي قريبة من السطح تمثل "نقاطًا ساخنة" محتملة للهيدروجين الطبيعي.
• هذه السلاسل الجبلية قد لا تكون فقط بيئات مثالية لتوليد الهيدروجين بشكل طبيعي على نطاق واسع، بل قد تسمح أيضًا بتراكمات كبيرة قابلة للاستخراج عبر الحفر.

وقد نُشرت نتائج هذا البحث في مجلة Science Advances، وشارك في الفريق إلى جانب زوان كل من البروفيسور ساشا بروينه والدكتورة آن غليروم من نفس القسم، بالإضافة إلى علماء من جامعة تافتس (د. ديلان فيسي) ومعهد نيو مكسيكو للتكنولوجيا (د. جون ناليبوف) في الولايات المتحدة، وجامعة ستراسبورغ الفرنسية (بروف. جيانريتو ماناتشال) وشركة Lavoisier H2 Geoconsult (د. إيريك سي. غوشر).

إمكانات الهيدروجين الطبيعي في البيئات التكتونية

يمكن توليد الهيدروجين الطبيعي بعدة طرق، منها التحلل البكتيري للمواد العضوية، أو انقسام جزيئات الماء الناتج عن تحلل العناصر المشعة في قشرة الأرض القارية. لذلك، تم الإبلاغ عن وجود الهيدروجين الطبيعي في عدة مواقع حول العالم.

وقد تم إثبات إمكانية استخدام الهيدروجين الطبيعي كمصدر طاقة في مالي، حيث تُستخرج كميات محدودة منه عبر آبار محفورة في طبقات رسوبية غنية بالحديد.

لكن الآلية الأهم والأكثر وعدًا لتوليد الهيدروجين على نطاق واسع هي تفاعل صخور الوشاح الأرضي مع الماء، وهي عملية تُعرف باسم "السربنتنة" (serpentinization)، حيث تتغير تركيبة المعادن لتُنتِج معادن من مجموعة "السربنتين" بالإضافة إلى غاز H₂.

وتقع هذه الصخور عادة في أعماق سحيقة تحت القشرة الأرضية، لذلك يجب أن يتم رفعها تكتونيًا نحو السطح حتى تتفاعل مع الماء.

وتحدث هذه الظاهرة عادة في بيئتين تكتونيتين:

• أحواض المحيطات التي تنشأ عندما تنفصل القارات، مما يسمح بارتفاع صخور الوشاح مع ترقق القشرة القارية، كما في المحيط الأطلسي.
• سلاسل الجبال التي تنشأ عند اصطدام القارات مجددًا، كما في جبال الألب والبيرينيه، حيث تُدفع صخور الوشاح إلى الأعلى.

النمذجة الرقمية لتحديد مواقع الهيدروجين الطبيعي

لفهم هذه البيئات التكتونية بدقة، استخدم فريق GFZ أحدث تقنيات النمذجة العددية التكتونية لمحاكاة تطور الصفائح من بداية التشقق القاري إلى بناء الجبال.

وخلال هذه المحاكاة، تمكّن الباحثون لأول مرة من تحديد متى وأين وبأي كميات يتم رفع صخور الوشاح إلى السطح، ومتى قد تتوفر الظروف المثالية من ماء وحرارة لتحفيز عملية السربنتنة وإنتاج الهيدروجين الطبيعي.

وتبيّن أن سلاسل الجبال توفر ظروفًا أفضل بكثير من أحواض التشقق لتوليد الهيدروجين، حيث تكون درجات الحرارة المثالية (200-350°C) أكثر توفرًا، مع وجود كميات كبيرة من المياه المتدفقة عبر الصدوع الكبرى.

وقد يكون معدل إنتاج الهيدروجين السنوي في الجبال أعلى بـ20 مرة مقارنةً بأحواض التشقق.

كما أن الصخور الخازنة الضرورية لتراكم كميات اقتصادية من الهيدروجين — مثل الحجر الرملي — تتوفر غالبًا في سلاسل الجبال، في حين أنها غائبة عادةً في الأعماق التي تحدث فيها السربنتنة في بيئات التشقق.