Curiozitate geologică naturală cu hidrogen sau sursă majoră de energie în viitorul Cunoașterii

E2S, Universitatea din Pau și Pays de l'Adour
Membru al Academiei de Tehnologii

sursă

Cu un secol în urmă, am fabricat gaz din oraș prin arderea cărbunelui, apoi s-au găsit rezerve mari de gaze naturale și am încetat să producem acest gaz care era mai scump decât „nativul”, conținea CO foarte toxic și a cărui fabricare era poluantă. Va avea loc aceeași evoluție pentru hidrogen? Hidrogenul consumat este în prezent produs în principal din metan, sau mai general din hidrocarburi, prin cracarea cu abur, o metodă de producție evident foarte intensivă în carbon.

Hidrogenul există și deasupra și sub pământ și extracția sa directă, deși este încă anecdotică astăzi, începe să fie luată în considerare serios pentru a avea hidrogen cu adevărat „verde” și ieftin (1). Să analizăm cunoștințele și întrebările deschise.

Care este originea hidrogenului „natural” ?

Hidrogenul este prezent în univers, este chiar și cea mai comună moleculă acolo. Cu toate acestea, în atmosfera Pământului există doar în cantități foarte mici (în jur de 0,5 ppm). Pe Pământ, găsim hidrogen în principal în formă combinată - cu oxigen în apă (H20), carbon (CH4, C2H6 etc.) - dar și direct sub formă gazoasă.

Mai multe fenomene determină o generație continuă de hidrogen în scoarța terestră. Interacțiunea apă/rocă, diageneză, va elibera hidrogen din apă în timpul fenomenelor de oxidare, fenomene care pot fi observate în diferite contexte geologice. De îndată ce există, de exemplu, fier „feros” (Fe 2+) în contact cu apa (mare sau ploaie), acesta se oxidează la Fe 3+ feric și eliberează hidrogen. Aceeași reacție se poate face și cu alte metale, cum ar fi magneziul; este rapid și eficient la temperaturi ridicate - în jur de 300 ° C - dar este posibil și la temperaturi mai scăzute.

Sunt cunoscute și alte surse de hidrogen natural: radioactivitatea naturală a scoarței terestre (2) (radioliza) poate separa în special hidrogenul și oxigenul de apă și elibera aceste gaze.

Conservarea unor cantități mari de H2 „esențial” este, de asemenea, o cale explorată de unii cercetători.

Estimările fluxului natural de hidrogen de către aceste două prime surse - diageneză și radioliză - sunt importante, dar încă nu sunt foarte precise: variază în funcție de autori de la câteva procente la 100% din consumul actual de hidrogen din lume (care este în jur de 70%). Mt/an). Fricțiunea pe planurile de avarie și activitatea anumitor bacterii eliberează hidrogen, dar probabil în cantități mai mici. Este important de reținut că acesta este, în toate aceste cazuri, un flux de hidrogen și nu o resursă fosilă.

În același timp, conservarea unor cantități mari de H2 „primordial” (prezent la inițierea sistemului solar, în manta, chiar și în miezul Pământului în timpul formării Pământului) este, de asemenea, o pistă explorată de unii cercetători: în acest caz, ar fi o resursă fosilă, dar aproape infinită. Spre comparație, volumul total de petrol produs de la începutul industriei petroliere (≈ 240 km 3) este echivalent cu volumul muntelui Sainte-Victoire ... pentru a fi comparat cu volumul mantalei pământului (≈ 920. 10 9 km 3) ...

Unde apar aceste reacții ?

Mineralele de rocă emise de vulcanii submarini în crestele mijlocii ale oceanului, în special olivină, se oxidează la contactul cu apa și eliberează hidrogen. Pentru fumătorii din creasta Atlanticului mijlociu, aceste emanații au fost studiate mult timp, în special pentru a înțelege apariția vieții pe Pământ.

Cu o duzină de ani în urmă, unii autori chiar făcuseră calcule asupra economiei recuperării hidrogenului în larg și la o adâncime mare (3). La acea vreme, nimeni nu a acordat atenție acestuia, deoarece condițiile - adâncimea apei, distanța de țărm - erau considerate prea dificil de economisit în sistem, în ciuda fluxului mare de hidrogen.

Sultanatul din Oman și Filipine sunt cele mai studiate cazuri, dar emisiile de hidrogen au fost observate și în Noua Caledonie sau chiar în Pirinei.

Această industrie, ca și cea a tuturor celorlalte resurse naturale, poate începe doar pe uscat. Din fericire, acest tip de vulcan este observat și în cazul în care apar undele oceanice medii, acesta din urmă fiind posibil format la nivelul depresiunii Afar (Cornul Africii (4)) sau fiind crescut de fenomene mai adânci (un punct fierbinte), cum ar fi în Islanda. De fapt, pe această insulă, fumarolele axei centrale ale riftului conțin toate hidrogen; În momentul de față, numai caloriile de apă, fluidul de transfer de căldură, sunt utilizate în centrale electrice, dar ar putea fi altfel. În general, producția de hidrogen prin separarea suprafeței pe lângă energia geotermală ar fi posibilă în multe zone. Această cale ne pare a fi explorată, având în vedere dificultățile întâmpinate în încercarea de a face economice multe proiecte geotermale de temperatură înaltă.

Aceste cruste oceanice care se pot oxida se găsesc, de asemenea, la suprafață sau în apropierea suprafeței, în zonele de sutură, unde compresia și îngrămădirea păturilor formează munți. Sultanatul din Oman și Filipine sunt cele mai studiate cazuri, dar fumurile de hidrogen au fost observate și în Noua Caledonie sau chiar în Pirinei. Adesea, acest hidrogen reacționează imediat cu dioxidul de carbon din atmosferă și precipită la carbonat: o captare naturală și spectaculoasă și utilizarea CO2 (CCU).

Un alt context geologic: cratoanele proterozoice (vechi de peste ½ miliarde de ani). Hidrogenul de pe uscat a fost observat în Rusia (în jurul Moscovei), în Statele Unite (Carolina de Sud, Kansas), dar și în multe alte locuri, după cum a demonstrat un rezumat publicat în 2020 de cercetător. Viacheslav Zgonnik (5) care a identificat sute dintre ei. Sursa ar putea fi relativ similară: oxidarea unui material bogat în fier și eliberarea de H2, aceste scurgeri de suprafață sunt sistematic în regiunile în care baza este foarte veche și bogată în metale.