«Бурят наудачу»: почему стартапы бросились искать запасы природного водорода
Усилия по переходу от безуглеродного топлива к возобновляемой энергии были направлены преимущественно на ветровую и солнечную энергетику. Однако появляется все больше научных подтверждений, что глубоко под землей есть источник чистого топлива, которым мы раньше не пользовались и который может дать нам больше энергии, чем необходимо. Речь идет о водороде, который возникает благодаря естественным геологическим процессам. И как уже происходило на заре нефтяной отрасли в 19 веке, это открытие привело к появлению множества стартапов, которые пытаются первыми найти крупные залежи.
«Сейчас они бурят наудачу», ― рассказал Forbes Дуг Уикс, директор управления по перспективным научным исследованиям в области энергетики при Министерстве энергетики США. Он сравнил компании, которые охотятся за водородом, с традиционными бурильщиками, которые ищут нефть в новых местах. По его словам, в мире могут существовать «астрономические» запасы «геологического» водорода, если учесть, как часто встречаются геологические условия, необходимые для его формирования — водоемы с высоким содержанием железа возле тектонических разъемов, разбросанные по всей планете.
Потенциально «это 150 трлн метрических тонн», говорит Уикс: «Миллиарда тонн хватило бы Соединенным Штатам на целый год».
Крупные энергетические компании вроде Shell, BP и Chevron вступают в консорциум, основанный Геологической службой США и Колорадским горным училищем, чтобы изучать «геологический» водород. Однако несколько амбициозных стартапов уже ведут поиски. HyTerra и Natural Hydrogen Energy собираются бурить скважины в Небраске и Канзасе, а Gold Hydrogen ищет водород в Австралии. Французские исследователи полагают, что его можно найти в старых угольных шахтах в регионе Эльзас-Лотарингия, и уже занимаются поисками. В Африке монреальская фирма Hydroma работает с водородным колодцем, который был обнаружен несколько лет назад в Мали, и ищет новые месторождения. В цветовом спектре водорода геологическая разновидность обозначается золотым или белым цветом, а водород, появившийся благодаря возобновляемой энергии ― зеленым. Тип водорода, получаемый из природного газа, отмечен серым.
Поиск потенциальных месторождений водорода требует примерно тех же навыков, какие используются в нефтегазовой отрасли, а для того, чтобы достать его из-под тысяч метров земли, нужны те же бурильные установки. Однако в отличие от залежей нефти и газа, которые загрязняют окружают среду и конечны, природный водород формируется постоянно. Есть разные теории о том, как именно это происходит, однако основная точка зрения заключается в том, что это побочный продукт непрерывной химической реакции между водой и железом в состоянии окисления. Это промежуточная стадия, «не совсем ржавчина, но и не металл», объясняет Уикс.
«Представьте себе потенциал подземного завода на природном топливе, который постоянно производит чистую, пригодную к использованию энергию», ― говорит Люк Велтероп, операционный директор Subiaco, австралийской HyTerra. Он считает, что геологический водород «решает проблему перерывов в генерировании возобновляемой энергии и достаточно надежен, чтобы заменить ископаемые источники топлива».
Самый распространенный во вселенной элемент десятилетиями вызывал интерес у исследователей чистой энергии. Он не так сложен, как ядерный синтез, но тоже не без проблем. Сейчас водород играет ключевую роль в перегонке нефти, а также в производстве удобрений, химикатов, продуктов питания и стали. Пропустите водород через топливный элемент — и он создаст электричество, на котором работают автомобили, а единственным побочным продуктом станет водяной пар. Водород можно легко и дешево производить из природного газа, однако это приводит к загрязнению атмосферы углекислым газом. Замена газа водой и энергией из возобновляемых источников решает эту проблему, но создает другую: генерация зеленого водорода требует больше энергии, чем можно из него получить. Преимущество «геологического» водорода в том, что он решает обе эти проблемы.
Микробы, поедающие водород
Принято считать, что поскольку водород — самый легкий элемент в периодической таблице, он существует преимущественно в комбинации с другими элементами, а не сам по себе. Однако сообщения о природном водороде появляются на протяжении нескольких десятилетий. В 1984 году исследователь водорода Роджер Биллингс полагал, что обнаружил залежи природного водорода в Канзасе. Согласно тогдашней статье UPI, его компания Billings Energy со штаб-квартирой в Миссури хотела использовать энергетический потенциал водорода, который, по ее оценкам, был эквивалентен 65 баррелям нефти. Биллинг не ответил на письмо Forbes с вопросами о том, почему проект провалился.
В последнее время существование природного водорода снова стало популярной темой. Ученые Университета Монтаны изучают водород, исходящий из горячих источников Йеллоустонского национального парка. В феврале 2023 года журнал Science опубликовал подробную статью о том, что в Мали в 2015 году был обнаружен водородный колодец, с которым сейчас работает Hydroma.
Тогда почему никто до сих пор не пытался искать природный водород? По словам Джеффа Эллис, геохимика программы энергетических ресурсов Геологической службы США, даже если оставить в стороне то обстоятельство, что о существовании «геологического» водорода не было известно, его трудно обнаружить из-за живущих в почве микробов, которые его поглощают. В число организмов, питающихся водородом, входят caminibacter и aquifex, а микроб hydrogenobacter thermophilus, открытый в Японии, предпочитает водород из горячих источников.
«Неудивительно, что его не замечали, потому что это бесцветный, лишенный запаха газ, а микробы очень эффективно поедают его под поверхностью почвы, когда он поднимается наверх, ― рассказал Forbes Эллис. — Под землей могут находиться очень крупные залежи. Нам только нужно понять, где их найти, и мы можем просто пробурить скважину и получить отличный источник чистой энергии».
Однако он предупреждает о том, что хотя в мире потенциально существуют огромные запасы геологического водорода, многие из них находятся в труднодоступных местах.
«Многое окажется на слишком большой глубине или слишком далеко от берега, а некоторые месторождения так малы, что не имеют экономического смысла», ― говорит Эллис. Он предполагает, что во всем мире под землей скрыто не менее 10 млн мегатонн (Мт) водорода — значительно больше, чем 100 Мт, которые сейчас используются в промышленности. Благодаря появлению новых способов использовать этот элемент в качестве авиационного топлива или стационарного источника энергии мировой спрос должен вырасти как минимум до 500 Мт в ближайшие 20 лет.
«Поэтому, если мы сможем использовать хотя бы 2% или 3% от этих 10 млн мегатонн, мировой спрос в размере 500 млн т в год будет удовлетворен на сотни лет», ― сказал он.
И дело не только в потенциальном доступе к дешевому, чистому водороду. По словам Эллиса, важно и то, что подземные условия, которые приводят к появлению водорода, могут способствовать и возникновению гелия — ценного газа, который используется в промышленности и дорожает по мере сокращения прежних запасов.
HyTerra, которая привлекла $4 млн для финансирования первичных буровых работ и планирует привлечь еще несколько миллионов, совместно с Natural Hydrogen Energy разрабатывает колодцы в Женеве, штат Небраска. В этом месяце стартап сообщил, что получил права на бурение скважин для поиска водорода вдоль хребта Немаха в Канзасе. Оба участка расположены возле Срединно-континентального рифта — тектонического разлома, который проходит через Северную Америку.
Создание рынка водорода
Все еще не решены вопросы о том, как находить крупные скопления геологического водорода и как его безопасно извлекать. Уикс хочет создать федеральную программу грантов, чтобы помогать корпоративным и университетским исследователям разрабатывать методы стимулирования естественного подземного процесса, который приводит к появлению водорода: теоретически химические или электрические методы позволили бы значительно увеличить объемы газа. Это могло бы сыграть ключевую роль в коммерциализации геологического водорода, поскольку позволило бы компаниям увеличить объемы добычи.
«Мы стали бы первой правительственной программой, в США или за рубежом, признавшей существование такой возможности», ― говорит Уикс.
На то, чтобы подтвердить, что из подземных источников можно извлекать крупные коммерческие объемы природного водорода, могут уйти годы, однако это некритично. Водород как вид топлива едва начинает выходить за пределы своей нынешней промышленной ниши. По словам Эллиса, рынок еще не сформирован.
«Если я сегодня просверлю скважину у себя во дворе и найду кучу водорода, я, вероятно, никому не смогу его продать», ― говорит он. Отчасти именно поэтому HyTerra и Natural Hydrogen Energy совместно ведут буровые работы в Небраске.
«Они выбрали это место, потому что совсем неподалеку расположена фабрика удобрений, ― говорит он. — Они связались с ними и спросили: «Купите у нас водород?» И фабрика ответила: «Конечно». Поэтому у них поблизости есть рынок сбыта».
По словам Эллиса, если стартапы добьются успеха, крупные нефтяные компании, которые могут инвестировать в геологический водород миллиарды долларов, тоже войдут в игру: «Пока они не ищут скважины. Они заняли выжидательную позицию».
Перевод Натальи Балабанцевой