27/07/2025
0Их иногда называют «волшебными кругами»…. Такие круги в Бразилии могут образовываться, когда водород под высоким давлением вызывает подъем, а затем опускание земли (Источник: Ален Принцхофер)
Естественный «белый водород» находится в огромных резервуарах под нашими ногами – сейчас начинается «золотая лихорадка» эры чистой энергии.
Инвесторы уже потеряли веру в одержимую охоту Эдвина Дрейка за нефтью, когда в 1859 году американский предприниматель наконец наткнулся на черное золото в подземном резервуаре в Тайтусвилле, штат Пенсильвания. Это открытие вызвало бурную деятельность по разведке, которая положила начало современной нефтяной эре.
Сейчас новое поколение нефтяников стремится повторить успех Тайтусвилля, надеясь открыть новый важный источник энергии. Однако они ищут не ископаемое топливо, а коммерчески выгодный источник природного водорода с низким уровнем выбросов углерода.
Водород, самая маленькая, простая и легкая молекула на Земле, в настоящее время используется в основном в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, например, для производства аммиака для удобрений. Подавляющая часть этого водорода производится из загрязняющего окружающую среду метана или путем газификации угля.
Но уже существуют другие, более низкоуглеродные способы производства водорода. А способность водорода хранить в три раза больше энергии, чем нефть, при этом выделяя при сгорании только воду, заставила некоторых рассматривать его как привлекательный вариант чистого топлива, особенно для отраслей, которые трудно декарбонизировать с помощью электрификации, таких как авиация, судоходство или производство стали.
«Зеленый» водород, например, является более чистой альтернативой, получаемой путем разделения воды на молекулы водорода и кислорода в процессе, работающем на возобновляемых источниках энергии. «Синий» водород, получаемый из ископаемого топлива с помощью улавливания и хранения углерода для сокращения выбросов, является еще одной альтернативой.
По данным USGS, если бы можно было извлечь всего 2% от предполагаемого объема природного водорода, этого хватило бы для удовлетворения прогнозируемого мирового спроса на водород примерно на 200 лет.
В последние годы зеленый и синий водород привлекают огромное внимание как потенциальные низкоуглеродные виды топлива, но у них есть и серьезные недостатки. Оба вида топлива дорогостоящие, и их внедрение сопровождается проблемами и задержками. И хотя их использование постепенно растет, в совокупности они по-прежнему составляют лишь около 1% мирового производства водорода. Некоторые исследователи также высказывают сомнения относительно того, насколько низкоуглеродным на самом деле является «голубой» водород из-за связанных с ним утечек метана — мощного парникового газа, который в 80 раз сильнее углекислого газа (CO2) в течение 20 лет.
Между тем, в последние годы ученые обнаружили, что природный водород на самом деле гораздо более распространен, чем считалось ранее, что позволяет некоторым полагать, что его можно использовать в качестве дешевого и безуглеродного топлива.
Этот «геологический» водород, также называемый природным или белым водородом, образуется естественным путем при взаимодействии подземных вод с богатыми железом породами в процессе, известном как серпентинизация. Поскольку водород очень легкий, он обычно просачивается через пористые породы и трещины и в конечном итоге поднимается в атмосферу. Это происходит, если он не потребляется в подземных реакциях или не поглощается подземными микробами.
Но в некоторых геологических условиях водород может оказаться в ловушке под породами с низкой проницаемостью, такими как солевые или сланцевые породы, которые создают герметичную оболочку, под которой может накапливаться газ. Именно эти скопления водорода в недрах Земли, как надеются геологоразведчики, могут быть пригодны для коммерческой добычи.
Согласно исследованию Геологической службы США (USGS) от 2024 года, в недрах Земли может находиться от 1 до 10 триллионов тонн водорода, причем наиболее вероятная оценка составляет около 5,6 триллионов тонн, удерживаемых в геологических формациях.
Геолог Mantle8 проверяет, просачивается ли водород из подземного резервуара во французских Пиренеях (Источник: Mantle8)
Большая часть этого водорода, вероятно, находится «в скоплениях, которые слишком глубоки, слишком удалены от берега или слишком малы, чтобы их можно было экономически извлечь», пишут авторы исследования, геологи USGS Джеффри Эллис и Сара Гельман. Однако, по их выводам, если бы всего 2% этого белого водорода было добыто, этого хватило бы для удовлетворения прогнозируемого мирового спроса на водород примерно на 200 лет. Кроме того, по их словам, он содержал бы примерно в два раза больше энергии, чем все доказанные запасы природного газа на Земле.
Эта идея вызвала огромный интерес к тому, что может находиться под нашими ногами. По меньшей мере 60 компаний публично заявили, что ведут поиски белого водорода, а инвестиции в эту сферу, по оценкам, достигли 1 млрд долларов (740 млн фунтов стерлингов), говорит Эрик Гоше, французский геохимик, соруководитель группы экспертов по белому водороду, созданной Международным энергетическим агентством (МЭА).
Есть надежда, что в ближайшие три-четыре года будет сделано крупное открытие. Я мечтаю, что этот природный водород сможет сыграть ту же роль, что и нефть в прошлом, — Эрик Гоше.
«Это больше похоже на ажиотаж», — говорит он. Гоше четыре года назад ушел с работы в нефтяной компании Total и теперь руководит независимой консалтинговой фирмой, которая консультирует компании, «желающие выиграть гонку за природный водород». Он отмечает, что разведочное бурение уже проводилось в Австралии и США.
Такие геологоразведчики, как Гоше, утверждают, что открытие коммерчески жизнеспособного месторождения водорода может положить начало новой эре геологоразведки, так же как открытие Дрейком в 1859 году дало старт нефтяной экономике. «Надежда на то, что в ближайшие три-четыре года будет сделано важное открытие», — говорит он. «Я мечтаю, что этот природный водород сможет сыграть ту же роль, что и нефть в прошлом».
Тем не менее, Гоше признает, что в настоящее время геологоразведчики должны оставаться «скромными» в отношении потенциальной роли белого водорода в энергетическом переходе. Не в последнюю очередь потому, что остается огромная неопределенность относительно того, сколько его можно будет действительно добыть из мантии Земли.
«В настоящее время мы действительно не имеем представления, — говорит Эллис из USGS. — Это большой вопрос.
Исходя из того, что мы знаем сегодня, слишком много неопределенности, чтобы делать какие-либо прогнозы о том, насколько значительным может быть влияние [природного водорода]».
Единственное место, где в настоящее время используется белый водород, добытый из земли, — это деревня Буракебугу в западной части Мали. Судьба местного сообщества изменилась в 1987 году, когда сигарета рабочего, копавшего колодец, вызвала небольшой взрыв, когда он наклонился над краем. Позже на дне скважины был обнаружен почти чистый водород. Сейчас он используется для производства электроэнергии для деревни.
Водород не имеет запаха, цвета и вкуса, поэтому его трудно обнаружить, если специально не искать. Но в начале 2025 года группа геологов объявила, что нашла подсказку, с чего начать поиски.
С помощью моделирования процессов тектоники плит они показали, что породы, которые были вытолкнуты ближе к поверхности во время образования гор, могут быть горячими точками для белого водороса. Исследователи определили горные хребты, простирающиеся от Альп до Гималаев, как возможные объекты для разведки.
Другие исследователи из Великобритании и Канады недавно опубликовали список ключевых ингредиентов, необходимых для обнаружения подземных систем, производящих водород. «Мы знаем, например, что подземные микробы охотно питаются водородом», — сказала в пресс-релизе соавтор исследования Барбара Шервуд Лоллар, профессор геологии Университета Торонто. «Для сохранения водорода в экономически значимых скоплениях важно избегать сред, в которых он вступает в контакт с водородом».
USGS Геологическая оценка перспективности водорода показывает районы США с хорошими геологическими условиями (такими как источники водорода и коллекторские породы) для накопления водорода (Источник: USGS)USGS
Геологическая оценка перспективности водорода показывает районы США с хорошими геологическими условиями (такими как источники водорода и коллекторские породы) для накопления водорода (Источник: USGS)
Несмотря на то, что разведка белого водорода набирает обороты, коммерчески жизнеспособных скважин пока не найдено. В своем глобальном обзоре по водороду за 2024 год МЭА оценила технологию производства белого водорода на пять баллов из девяти по шкале технологической готовности.
По словам Лорана Труше, профессора геохимии Университета Гренобль Альпы во Франции, который занимается исследованиями природного водорода, пока еще недостаточно доказательств того, что белый водород является возобновляемым ресурсом, пригодным для использования в промышленных масштабах. Это связано с тем, что пока не ясно, образуется ли водород достаточно быстро, чтобы заменить тот, который может быть извлечен из резервуаров. Труше говорит, что скорость образования водорода «на несколько порядков ниже, чем мы ожидаем».
Он обеспокоен ажиотажем вокруг этой технологии, отмечая, что «в настоящее время производство природного водорода является незначительным, найденный водород редко бывает чистым, [и] многие открытия касаются растворенного газа, который трудно добывать».
Даже если в ближайшие несколько лет будет сделано крупное открытие, на развитие промышленности в промышленных масштабах уйдет еще как минимум десятилетие, — Лоран Трюш
Естественно произведенный водород также вряд ли будет находиться там, где он нужен, а водород трудно транспортировать и хранить, хотя сторонники этой идеи заявили BBC, что он может обеспечить топливную независимость, питая местную промышленность.
Однако добыча белого водорода может также иметь непредвиденные последствия, в том числе воздействие на климат, которое может свести на нет некоторые преимущества замены ископаемого топлива.
Водородные резервуары могут содержать метан, который может нивелировать преимущества белого водорода, если его не улавливать. Более того, попав в атмосферу, водород конкурирует с метаном за гидроксил, соединение, которое разлагает молекулы метана. Это означает, что любой водород, который улетучивается во время добычи, также продлевает жизнь метана в атмосфере и вызывает еще большее потепление.
Эти выбросы метана, наряду с выбросами, связанными с буровой инфраструктурой, означают, что производство белого водорода не будет полностью безуглеродным.
По первоначальным оценкам, в случаях, когда резервуары содержат высокий процент водорода и низкое количество метана, на каждый килограмм произведенного водорода выделяется 0,4 кг эквивалента CO2 (CO2e). Это меньше, чем в среднем 1,6 кг CO2e, выделяемого при производстве каждого килограмма зеленого водорода, для которого требуется строительство обширной инфраструктуры возобновляемых источников энергии.
Однако выбросы, связанные с производством белого водорода, будут увеличиваться по мере увеличения количества метана в резервуаре и снижения производительности скважины. Согласно тому же исследованию, скважина с 75% водорода и 22,5% метана будет выбрасывать 1,5 кг CO2e на каждый килограмм водорода.
Сторонники белого водорода заявляют BBC, что выбросы метана можно отфильтровать, а добыча и сжигание водорода в качестве топлива уменьшит количество газа, который естественным образом утекает на поверхность и попадает в атмосферу.
Но Труше с этим не согласен. По его словам, крупномасштабное производство белого водороса приведет к увеличению утечки водороса в атмосферу. Он добавляет, что это также может повлиять на подземные экосистемы и микроорганизмы, которые используют водород в качестве источника энергии. Эти микроорганизмы играют важную роль в цикле химических элементов и соединений Земли, однако, согласно научному обзору Рэйчел Бивер и Джоша Нойфельда из Университета Ватерлоо в Канаде, о глубоких подземных слоях Земли известно относительно мало.
Команда из Министерства энергетики Индонезии берет пробы природного водорода, обнаруженного в месте купания в провинции Центральный Сулавеси, Индонезия (Источник: Getty Images)
Команда из Министерства энергетики Индонезии берет пробы природного водорода, обнаруженного в месте купания в провинции Центральный Сулавеси, Индонезия (Источник: Getty Images)
Даже если в ближайшие несколько лет будет сделано крупное открытие, на развитие промышленности в широких масштабах уйдет еще как минимум десятилетие, говорит Труше, а это означает, что белый водород не окажет влияния на энергетическую систему в ближайшем будущем.
Другие эксперты также утверждают, что добыча белого водорода «просто не будет доступна» для замены водорода, производимого из ископаемого топлива, в сроки, необходимые для достижения глобальных климатических целей.
Однако для Эммануэля Мазини, основателя и исполнительного директора Mantle8, французского стартапа по разведке водорода, поддерживаемого Breakthrough Energy Билла Гейтса, срочная необходимость декарбонизации является именно той причиной, по которой следует ускорить разведку белого водорода.
«Мы убеждены, что могут существовать действительно значительные запасы [водорода], и мы должны продолжать работу и добывать их», — говорит Мазини.
Для этого Mantle8 разработала технологию, которая использует данные геологии, геофизики и геохимии, а также датчики для создания 4D-изображений (в трех измерениях и во времени) мантии Земли, чтобы точно определить местонахождение резервуаров белого водорода, а также количественно оценить и отслеживать объем водорода в каждом из них.
По словам стартапа, эта технология может быть использована для картографирования всей планеты и устранения догадок в разведке путем выявления пополняющихся резервуаров, что сэкономит время и деньги. Мазини говорит, что уже определил 12 перспективных мест в Европе и планирует к 2030 году обнаружить 10 миллионов тонн запасов водорода — цель, которую он уверен, что сможет достичь.
В феврале 2025 года Mantle8 получила финансирование для пилотного внедрения технологии в Пиренеях на юго-западе Франции. Компания планирует начать разведочное бурение в 2028 году и произвести первый килограмм водорода к 2030 году по цене около 0,80 доллара (0,60 фунта) за кг. Это сделает его дешевле любой другой формы водорода и по крайней мере в пять раз дешевле, чем зеленый водород. Исследователи Стэнфордского университета также подсчитали, что белый водород можно производить по цене ниже 1 доллара (0,74 фунта) за кг в оптимальных условиях.
Инструменты и опыт, накопленные нефтегазовой отраслью, могут быть адаптированы для добычи газа, утверждает Вячеслав Згонник, пионер в области разведки природного водорода и генеральный директор HyReveal, стартапа, разрабатывающего способы обнаружения и мониторинга водорода под землей. «Это представляет собой удивительную возможность для углеводородной промышленности перейти на более чистые источники энергии», — утверждает он.
Нефтяные компании действительно проявляют растущий интерес. В Бразилии Petrobras исследует возможность добычи природного водорода. Нефтяные гиганты BP и Chevron присоединились к консорциуму, изучающему природный водород, а BP недавно инвестировала в британский стартап Snowfox Discovery, занимающийся природным водородом.
Другие рассматривают возможность стимулирования производства водорода путем закачивания воды в подземные богатые железом породы для получения «оранжевого» водорода, процесс, который теоретически может быть соединен с улавливанием углерода, но остается более сложным и неопределенным.
Згонник оптимистично смотрит на то, что белый водород может стать «недостающим звеном» в декарбонизации секторов, где сложно сократить выбросы, начиная с производства удобрений. Тем не менее, даже в лучшем случае, по его оценкам, к 2050 году он сможет заменить «лишь несколько процентов» мирового потребления ископаемого топлива.
Но другие, такие как Труше, утверждают, что еще слишком рано определять, какую роль, если таковая вообще будет, белый водород сможет сыграть в энергетическом переходе. Существуют ли под землей запасы извлекаемого водорода, «это настоящий научный вопрос», говорит он. «Но это еще предстоит доказать».
