Rengeteg természetes hidrogén van a föld alatt, csak ki kellene termelnünk

„Azt gondolom hogy majd egy nap a vizet használják üzemanyagként, és alkotóelemei, a hidrogén és az oxigén együtt vagy külön-külön kimeríthetetlen forrásai lesznek a melegnek és fénynek.”
Jules Verne, 1874

1987-ben a Maliban található Bourakébougou nevű faluban egy vállalkozás kútfúrásba kezdett, hogy vízforrást biztosítson a helyieknek, ám 108 méternyi eredménytelen fúrás után feladták. Észrevették azonban, hogy a csőből valamiféle gáz áramlik ki. Az egyik munkás közelebbről is meg akarta vizsgálni a jelenséget, de égő cigarettával közelítette meg a kutat, ami azonnal belobbant. A tűz heteken át kékes színű lánggal égett, míg végül sikerült eloltani, és lefojtani a gázszivárgást. Húsz évvel később a Petroma nevű olajcég megszerezte a jogokat, hogy feltárásokat végezzen a környéken. A tulajdonos, egy helyi politikus és vagyonos üzletember, Aliou Diallo külföldi szakembereket bízott meg azzal, hogy derítsék ki, milyen összetételű gázt rejt a lezárt kút. Az eredmények azt mutatták, hogy a felszínre törő gáz valójában 98%-os tisztaságú hidrogén. Ez óriási meglepetés volt, hiszen olajfúrás során szinte sohasem találnak tiszta hidrogént, sőt, a legtöbb szakember úgy gondolta, hogy nem is létezik számottevő mennyiségű hidrogén a föld alatt.

Néhány hónapon belül egy Ford-gyártmányú gázmotort kötöttek a kútra, ami egy 30 kW-os generátort hajt meg. A falusiak áramhoz jutottak a segítségével, miközben a motor kipufogócsövéből csupán víz távozik. Diallo hamarosan fel is hagyott az olajbiznisszel, a cége felvette a Hydroma nevet, és újabb fúrásokba kezdett, hogy feltárja a régió hidrogénkészleteit.

Épülőben a világ első természetes hidrogént hasznosító generátora Maliban. Kép: Hydroma.

A Maliban történt felfedezés igazolta annak a maroknyi tudósnak a feltevését, akik a tudományos konszenzussal szemben úgy gondolták, hogy nagy mennyiségű természetes hidrogén létezik a föld alatt. Ők ugyanis úgy vélték, hogy egyes kőzetek, illetve a felszín alatti vizek reakciója révén folyamatos a hidrogén keletkezése, melynek a legnagyobb része elszivárog a földkéregből, bizonyos helyeken azonban csapdába esik, és felhalmozódik. A konszenzus ezután gyors változásnak indult. A U.S. Geological Survey (USGS) modellje szerint, amelyet 2022 októberében mutattak be az Amerikai Földtani Társaság (Geological Society of America) ülésén, már azt állította, hogy több ezer évre elegendő készletek állhatnak rendelkezésre.

„Amikor először hallottam róla, őrültségnek tartottam” – nyilatkozta Emily Yedinak anyagtudós a Science.org-nak, aki az Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) ösztöndíját a természetes hidrogén iránti érdeklődés felkeltésének szentelte. „Minél többet olvastam, annál inkább kezdtem úgy érezni, hogy wow, a hidrogén keletkezése mögött álló tudományos elmélet mégis megalapozott. Azt kérdeztem: miért nem beszél erről senki?”

2018 óta azonban, amikor Diallo és kollégái az International Journal of Hydrogen Energy című folyóiratban ismertették a felfedezésüket, a természetes hidrogénnel foglalkozó publikációk száma robbanásszerűen megnőtt. „Ez teljesen hihetetlen és valóban exponenciális” – kommentálta Alain Prinzhofer geológus, a mali cikk vezető szerzője, és a brazil olaj- és gázszolgáltató vállalat, a GEO4U tudományos igazgatója, amely egyre több hidrogénnel kapcsolatos munkát végez. Ausztráliában több tucatnyi startup verseng egymással a hidrogénkutatás jogaiért. Tavaly az Amerikai Kőolaj-geológusok Szövetsége megalakította első természetes hidrogén bizottságát, és az USGS megtette első lépéseit az ígéretes hidrogéntermelő övezetek azonosítására az Egyesült Államokban. „Még csak az elején járunk, de gyorsan fog menni” – mondja Viacheslav Zgonnik, a Natural Hydrogen Energy vezérigazgatója. A startup 2019-ben befejezte az első hidrogénfúrást az Egyesült Államokban, Nebraskában.

Hidrogénkút Nebraskában. Kép: Viacheslav Zgonnik

A természetes hidrogén iránti érdeklődés a zöldhidrogén iránti kereslet növekedésével párhuzamosan erősödik, és akár egy túlélési stratégiát is jelenthet a fúrásban már nagy gyakorlatra szert tett olaj- és gázipari cégeknek.

A természetes hidrogén nemcsak tiszta energiaforrás, hanem minden valószínűség szerint megújuló is. Több millió évbe telik, amíg az eltemetett és összepréselt szerves anyagok szénhidrogénekké alakulnak. A hidrogén ezzel szemben mindig újratermelődik, amikor a föld alatti víz magas hőmérsékleten és nyomáson reakcióba lép magas vastartalmú kőzetekkel. Prinzhofer, aki a projektben tanácsadóként működött közre, azt mondja, hogy az elmúlt évtizedben, mióta Maliban elkezdték a hidrogén kitermelését, az áramlás nem csökkent.

„A hidrogén szinte mindenhol megújuló energiaforrásként jelenik meg” – tette hozzá.

A természetes hidrogénnel kapcsolatos kutatások egyelőre viszonylag korai szakaszukban járnak. A tudósok még nem teljesen értik, hogyan képződik és vándorol, és – ami a legfontosabb – kereskedelmi szempontból hasznosítható módon halmozódik-e fel. „Az érdeklődés gyorsan nő, de a tudomány még sok kérdésre nem tudott válaszokkal szolgálni” – válaszolta Frédéric-Victor Donzé, a Grenoble Alpes Egyetem geofizikusa a Science Magazine-nak. A nagy olajcégek eközben a háttérből figyelve várják, hogy a kalandor lelkületű startupok elvégezzék a kockázatos feltáró munkákat.

A hidrogént ma alapvetően fosszilis energiahordozókból állítják elő, ami karbonkibocsátással jár, a költsége pedig kilogrammonként kb. 1-2 dollár. A másik módszer a megújuló energiával történő vízbontás, az így keletkező zöldhidrogén ára jóval magasabb, körülbelül 5 dollár/kg, amit a következő évtizedre szeretnének 2 dollár alá leszorítani a legjobb adottságokkal rendelkező területeken.

A hidrogén bányászata sokkal olcsóbb lenne, ezért néhányan aranyhidrogénnek is nevezik a természetben előforduló változatát. A feltárást végző szakemberek szerint Maliban, ahol szinte tiszta hidrogén áll rendelkezésre a felszínhez közel, akár 50 cent/kg is lehet ennek az „aranynak” az ára. Ian Munro, a spanyol Pireneusok közelében feltárást végző startup, a Helios Aragon vezérigazgatója szerint a nullszaldós költség 50 és 70 cent között lehet. „Ha ez működik, forradalmasíthatja az energiatermelést. Persze ott egy nagy ha, de a zöld hidrogénnel ezt nem fogjuk elérni, nem igaz?” – teszi hozzá.

Miért nem találtunk korábban hidrogént annak ellenére sem, hogy már rengeteg olaj- és gázkutat fúrtunk? A szénhidrogénekben gazdag üledékes kőzetek nagyon ritkán tartalmaznak hidrogént. Az olaj és a földgáz keletkezése során a szénatomok megkötik a környezetükben lévő hidrogént, más hidrogénatomok pedig oxigénnel lépnek reakcióba és víz keletkezik. Ami elkerüli ezeket a reakciókat, az többnyire egyszerűen elillan, pont ezért nem számított szinte senki hidrogénmezők létezésére.

De még ha találtak is valahol hidrogént – léteznek például olyan természetes földfelszíni szivárgások, ahol kimutatható – nem igazán mozgatta meg a gazdasági szereplők fantáziáját. A szénhidrogének ugyanis sokkal könnyebben kezelhető energiahordozók, ha pedig nyersanyagként volt szükség hidrogénre (például a műtrágya gyártásához), akkor célszerűbb volt azt földgáz formájában szállítani, és a felhasználás helyén elvégezni az átalakítást.

A helyzet azonban változóban van, mivel a fosszilis energia felhasználása ma már egyre kevésbé elfogadható, és megnőtt a tiszta hidrogén iránti érdeklődés, ami a természetes hidrogén kutatásának is lökést adott.

Hogyan keletkezik a természetes hidrogén?

Kép: C. Bickel/Science

Radiolízis (1): a radioaktív kőzetek által kibocsátott sugárzás vízmolekulákat bont. A folyamat lassú, ezért az ősi kőzetekben érdemes keresni az így keletkező hidrogént.

Szerpentinizáció (2): a vasban gazdag kőzetek magas hőmérséklet mellett reakcióba lépnek a vízmolekulákkal, és hidrogén szabadul fel. A reakció gyors és megújuló, így keletkezik a legtöbb természetes hidrogén.

Mélységi (3): egyes vitatott elméletek szerint a Föld magjában és köpenyében is keletkezik hidrogén, ami onnan felfelé mozog.

Mint látható, a természetes hidrogén egy folyamatos áramlásként jellemezhető, ami emberi léptékkel nézve is megújulónak tekinthető, szemben a szénhidrogének évmilliókig tartó képződésével és felhalmozódásával. Ennek az áramlásnak egy  része egyszerűen elillan (4), egy másik részét a föld alatt élő mikroorganizmusok használják fel (5), vagy reakcióba lép a kőzetekkel, és víz, illetve egyéb anyagok keletkeznek belőle (6).

A molekulák egy része azonban csapdába kerül, és olyan gázmezőt képez, amely a földgázhoz hasonlóan kitermelhető (7).

Az is egy lehetőség, hogy közvetlenül a vasban gazdag forráskőzeteket csapoljuk meg, ha azok elég közel találhatóak a felszínhez, és elég fragmentáltak ahhoz, hogy a hidrogén összegyűjthető legyen (8).

A hidrogén képződését akár serkenthetjük is azzal, hogy vizet pumpálunk a vasban gazdag kőzetekbe. Amennyiben a vizet a légkörből megkötött szén-dioxiddal keverjük, a hidrogénkút egyben karbonsüllyesztőként is fog működni (9).

Geoffrey Ellis és Sarah Gelman, a USGS munkatársai egy az olajiparban alkalmazott módszer segítségével készítettek becslést a készletek nagyságáról. Úgy gondolják, hogy a minden évben nagyságrendekkel több hidrogén keletkezik, mint a világ jelenlegi 100 millió tonnás felhasználása. A modelljük figyelembe vette a különböző típusú vízzáró kőzetcsapdákat, a mikrobák pusztító hatását, valamint az olajipari tapasztalatokon alapuló feltételezést, mely szerint a hidrogénfelhalmozódásoknak csupán 10%-át lehet valaha is gazdaságosan kitermelni. Ellis szerint a modell egy olyan számsort eredményez, amelynek középpontjában egybillió tonna hidrogén áll. Ez több ezer évig kielégítené a világ keresletét, még akkor is, ha a zöldenergiára való áttérés a hidrogénfelhasználás ugrásszerű növekedését hozná magával.

Ellis elismeri, hogy ennek a globális erőforrásnak a nagy része túlságosan szétszóródott ahhoz, hogy gazdaságosan kiaknázható legyen, ez az aggodalom azonban nem tartja vissza a kockázati tőkebefektetőket.

Dél-Ausztáliában a Kenguru-szigeten egy 1921-ben végzett fúrás során 80%-os tisztaságú hidrogént találtak. Az állam kedvező geológiai adottságokkal rendelkezik, a vas- és uránbányái mind a szerpentinizációhoz, mind a radiolízishez szükséges forráskőzetek meglétére utalnak. Mivel az óceán közel van, ezért a mélyben valószínűleg a víz is rendelkezésre áll a folyamathoz. Az állam kormánya 2021-ben módosította az olajfúrásra vonatkozó törvényeket, kiterjesztve azokat a hidrogénre is. Néhány héten belül több cég is lecsapott a lehetőségre, és feltárási engedélyt kért. Egyikük, a Gold Hydrogen a Kenguru-sziget, és a közeli Yorke-félsziget geofizikai felmérésére készül. Januárban, az ausztrál tőzsdére történő bevezetés során a vállalat 20 millió dollárt gyűjtött, ami elegendő lesz egy kutatófúráshoz.

Spanyolországban Munro még arra vár, hogy az állam megalkossa a szükséges jogszabályokat. A Gold Hydrogenhez hasonlóan a Helios Aragon is régi, de ígéretes adatokra alapozna: a Monzon-1 kútban 25%-os hidrogénszintet mutatott ki az aragóniai Nemzeti Kőolajipari Társaság 1963-ban. A Pireneusok mélyén vasban gazdag tengeri kőzetek vannak, Munro szerint a mély törések az ezekben a kőzetekben keletkezett hidrogént egy porózus homokkőrétegbe vezetik fel, amelyet egy palakőréteg zár le.

A spanyol cég azt tervezi, hogy 2024 végén elkezdheti a kutatófúrást. „Úgy gondoljuk, hogy a miénk lesz Európa első természetes hidrogénnel működő kútja” – mondja. Mivel azonban az engedélyét a spanyol olajtörvények alapján ítélték oda, és a 2021-es klímatörvény azóta moratóriumot rendelt el az új műveletekre, nem tud kereskedelmi célú termelést folytatni, amíg Spanyolország nem ad mentességet a hidrogénre.

Az Egyesült Államokban, ahol nincsenek érvényben ilyen szigorú jogszabályok, a középnyugat tűnik ígéretes lelőhelynek. 2019-ben a Nebraskában található Geneva határában a Natural Hydrogen Energy fúrt egy 3,4 km mélységű kutat. A cég nem hozta nyilvánosságra, hogy milyen összetételű gázt találtak, csak annyit közöltek, hogy nagyobbrészt hidrogénből áll.

Konklúzió

Azt már sejtjük, hogy rengeteg természetes hidrogén rejlik a föld mélyén, hiszen a USGS modellje szerint 98%-nál nagyobb az esély arra, hogy a felhasználásunk legalább felét ki tudnánk váltani vele. Azt is sejtjük, hogy ez valószínűleg árban is igen versenyképes lenne.

Amennyiben meg tudna valósulni az ipari léptékű kitermelés, annak messzeható következményei lehetnének.

Először is, kidobhatnánk azt az elhíresült ábrát, amely az akkumulátoros és a hidrogénes autók energiahatékonyságát hasonlítja össze.

Forrás: transportenvironment.org

Igaz, hogy a tetőn lévő napelemekkel semmi nem versenyezhet, de azokban a régiókban, amelyekben nagy mennyiségű természetes hidrogén található, alighanem kidobhatnánk a megújulók túlméretezésnek és a zöldhidrogén gyártásának koncepcióját, megszabadulhatnánk a fosszilis energiahordozóktól, az energiatárolás problémájától, és az atomenergiától is. A hidrogéngazdaság pedig vágyálomból valósággá léphetne elő. Legalábbis elméletileg.

Fontos ugyanis szem előtt tartanunk, hogy a hidrogén bányászata egyelőre nagyon kezdetleges állapotban van, és hosszú időnek kell még eltelnie, mielőtt igazán jelentős tényezővé válhat. A megújuló energiás, illetve a zöldhidrogénes fejlesztések ehhez képest jóval előrébb tartanak, és sokkal jobban el vannak látva forrásokkal is, ezért nagyon valószínű, hogy hamarabb ki fognak épülni a kapacitásaik, mint ahogyan a természetes hidrogén megjelenne a színen.

Az atomerőművek építése viszont olyan lassú folyamat, hogy ezen az időtávon a hidrogénbányászat már komoly kihívóként léphet fel, veszélyeztetve a megtérülésüket.

Ami talán a legfontosabb: a természetes hidrogén formájában egy olyan, eddig még ki nem játszott ütőkártyát kaptunk a kezünkbe, amely végképp tarthatatlanná teszi a fosszilis energia kivezetését ellenző, azt lehetetlennek, vagy túl költségesnek tartó véleményeket.

A hidrogénről további, sokkal bővebb információk találhatóak az alábbi oldalunkon.

Hidrogén

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.