Перехід до енергетики з нульовими викидами вимагає здатності накопичувати величезні обсяги водню. Нове дослідження, на яке звертає увагу видання Interesting Engineering, показує, що геологічні формації з природно ув’язненим воднем можуть слугувати надійними сховищами для великомасштабного підземного зберігання енергії.
Яскравий приклад — хромітова шахта в Албанії. Усередині неї з булькотливої калюжі виходить майже чистий водень. Раніше енергетики розглядали такі геологічні «аномалії» як небезпечні й надто рідкісні. Тепер же вчені припускають, що ці підземні структури можуть стати частиною вирішення головної проблеми водневої енергетики — надійного зберігання.
«Результати свідчать, що природні резервуари водню можуть бути життєздатними кандидатами для підземного його зберігання», — зазначають автори роботи.
Чому звичайні підземні сховища не підходять
Щоб перетворити водень на один з основних енергоносіїв, потрібні великі, безпечні та довговічні сховища. Однак нинішні підземні варіанти мають суттєві обмеження.
Соляні каверни прив’язані до певної геології й далеко не всюди доступні. Водні горизонти та вичерпані нафтові й газові родовища поки що не мають доведеної довгострокової герметичності саме для водню, найменшої і дуже рухливої молекули. Через це традиційні варіанти поки не виглядають реалістичною основою для глобальної водневої економіки.
Резервуар Булькіза і природне виробництво водню
Дослідження зосередилося на природному резервуарі Булькіза в Албанії, сформованому вздовж великої тектонічної зони розлому. Він розташований у піднятій ділянці океанічної кори, відомої як офіоліт, і фактично генерує власне джерело чистої енергії.
Глибоко під землею ґрунтові води стикаються з багатими на залізо мінералами на кшталт олівіну. Це запускає хімічну реакцію, відому як серпентинизація: молекули води розщеплюються, і в навколишніх породах безперервно утворюється чистий водень. Природна пастка утримувала газ протягом тисяч років, не допускаючи значних витоків.
Саме цей геологічний «послужний список» і наштовхнув дослідників Лей Хоу (Lei Hou), Чженсінь Чжана (Zhengxin Zhang) та Феншоу Чжана (Fengshou Zhang) на сміливе запитання: якщо природа вже створила герметичне сховище водню, чи можна використати його як комерційний підземний склад?
Комп’ютерні моделі: скільки водню можна зберігати
Команда застосувала розвинені моделі руху рідин і підземної хімії, щоб змоделювати поведінку водню в Булькізі. Усього було проаналізовано 72 різні сценарії експлуатації, що дозволило оцінити межі безпечної роботи такого сховища.
Результати виявилися багатообіцяльними. Природні хімічні реакції та розчинення, за розрахунками, споживатимуть менш ніж 2 % від обсягу закачаного водню. Це вказує на дуже високу ефективність утримання газу в такій «підземній скарбниці».
Моделі також показали, що резервуар здатен вмістити приблизно від 350 до 480 мільйонів кубічних метрів газу та забезпечувати щоденний відбір/закачування на рівні близько 750 000 кубометрів. Такий масштаб робить природні сховища потенційно корисними для енергосистем цілих регіонів.
Несподіваний вплив на сейсмічну безпеку
Одним із найцікавіших результатів стали оцінки впливу на тектонічний розлом, уздовж якого розташоване сховище. Інтуїтивно закачування та відкачування газу в зоні розлому може здаватися рецептом для землетрусів. Проте моделювання десятирічних циклів експлуатації показало протилежну тенденцію.
Розрахунки свідчать, що стандартний тиск газу розподіляється по породах, вирівнюючи підземні напруження. За 10 років таке використання призводить до зменшення ризику зсуву розлому завдяки перерозподілу тиску. Тобто природно герметичні зони розломів потенційно можуть не посилювати, а навпаки, пом’якшувати сейсмічні ризики в разі грамотної експлуатації.
Крім того, використання вже існуючих, природно ізольованих структур може скоротити капітальні витрати на створення сховищ водню. Енергетичним компаніям не потрібно було б масово будувати штучні каверни чи переобладнувати виснажені родовища, якщо вони зможуть задіяти готові підземні резервуари.
Моделі замість буріння і перспективи
Поки що робота повністю ґрунтується на комп’ютерному моделюванні, а не на повномасштабних промислових випробуваннях. Це означає, що результати залишаються попередніми й потребують перевірки польовими дослідженнями та пілотними проєктами.
Якщо подальші дослідження підтвердять висновки, природні пастки водню можуть відкрити новий шлях до глобального, великомасштабного зберігання чистої енергії. Такі резервуари здатні виконувати одразу дві функції — природних джерел водню й високоефективних підземних «енергетичних банків».