- يستخدم علماء منSandia National Laboratoriesمحاكيات حاسوبية وتجارب معملية لتحديد ما إذا كانت خزانات النفط والغاز المستنفدة يمكن استخدامها لتخزين هذا الوقود الخالي من الكربون.
- وجد الأستاذ توان هو، بالتعاون مع زملاء من جامعة أوكلاهوما، أن الهيدروجين لا يبقى في الحجر الرملي بعد ضخه، ولكن ما يصل إلى 10% من الغاز الممتز يظل محاصراً في عينات الصخر الزيتي. وقد تم تأكيد هذه النتائج بواسطة محاكيات هو الحاسوبية.
- يقدر توان هو أن هناك حاجة لمزيد من البحث لفهم كيفية تفاعل الميكروبات والمواد الكيميائية الأخرى في خزانات النفط المستنفدة مع الهيدروجين المخزن.
لماذا تستحق مشكلة التخزين تحت الأرض للهيدروجين الحل؟
السبب في أن هذه المشكلة تستحق الحل هو أن الهيدروجين، باعتباره أحد مفاتيح الطاقة النظيفة، لديه إمكانات كبيرة في التحول الطاقي وتقليل انبعاثات الكربون. التخزين الفعال للهيدروجين يمكن أن يعزز استخدامه على نطاق واسع، ويدفع تطوير تقنيات الطاقة النظيفة ويقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري التقليدي، مما يقلل من انبعاثات الغازات الدفيئة ويخفف من تأثير تغير المناخ. لذلك، فإن حل مشكلة التخزين الفعال والآمن للهيدروجين تحت الأرض مهم لدفع ثورة الطاقة النظيفة.
رأينا:
يدرس علماء Sandia National Laboratories إمكانية استخدام خزانات النفط والغاز المستنفدة لتخزين الوقود الخالي من الكربون. تظهر النتائج أنه على الرغم من أن الهيدروجين لا يبقى في الحجر الرملي، إلا أن ما يصل إلى 10% من الهيدروجين محصور في عينات الصخر الزيتي. بالإضافة إلى ذلك، تظهر الدراسات على طبقات الطين المونتموريلونيت أن الهيدروجين نادراً ما يخترق الفراغات المملوءة بالماء، مما له آثار إيجابية على التخزين تحت الأرض للهيدروجين. على الرغم من أن التحقق التجريبي الإضافي ضروري، إلا أنه إذا نجحت، يمكن أن توفر هذه التقنية طريقة جديدة لتخزين الوقود الخالي من الكربون، مع آثار مهمة على الطاقة والصناعة الثقيلة. ومع ذلك، أثار العلماء أيضًا مخاوف بشأن سلامة وتلوث تخزين الهيدروجين، مشيرين إلى الحاجة إلى طرق موزعة على نطاق واسع لتخزين كميات كبيرة من الهيدروجين لتحقيق رؤية اقتصاد الهيدروجين.
— فاي وانغ، صحفي BTW
وقود نظيف مهم: الهيدروجين
يمكن تخزين الهيدروجين تحت الأرض في تجاويف ملحية، لكن مناجم الملح ليست شائعة في الولايات المتحدة، كما قال دون كونلي، مسؤول برنامج تخزين الهيدروجين تحت الأرض في Sandia. لذلك، تدرس مجموعة توان هو ما إذا كان الهيدروجين المخزن في خزانات النفط والغاز المستنفدة يمكن أن يظل محاصراً في الصخور، أو يتسرب، أو يتلوث. شاركت مجموعة توان هو مؤخراً نتائجها في مقال نشر فيInternational Journal of Hydrogen Energy.
يمتلك الهيدروجين العديد من الخصائص المفيدة، مما يمنحه مجموعة واسعة من الاستخدامات. يتحد الهيدروجين بسهولة مع العناصر غير المعدنية، يمكن أن يشكل هيدريدات معدنية، وفي درجات حرارة عالية، يمكنه التقاط الأكسجين من العديد من المركبات، مما يتيح اختزال الأكاسيد. في عملية الإنتاج الصناعي الحديث، نستخدم الهيدروجين بشكل متزايد، حيث يشارك في صناعة الإلكترونيات، علم المعادن، الصناعة الكيميائية، إنتاج النايلون، صناعة الغاز وغيرها من القطاعات.
بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الهيدروجين كوقود شائع، وله ميزة بارزة جداً: ينتج حرارة أكبر عند الاحتراق وتلوث أقل. وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن تخزين الهيدروجين لأشهر واستخدامه عندما يتجاوز الطلب على الطاقة العرض من الطاقة المتجددة. الطاقة المتجددة موضوع نتحدث عنه كثيراً.
اقرأ أيضًا: Amazon تكثف جهودها نحو التشغيل الأخضر بطموحات وقود الهيدروجين
اقرأ أيضًا: Microsoft توظف خبيرًا نوويًا لتزويد مراكز بياناتها بالطاقة
جدوى المشروع التجريبي – التخزين الآمن
توان هو، الباحث الرئيسي، وفريقه فحصوا ما إذا كان الهيدروجين، عندما يتشكل في الحجر الرملي أو الصخر الزيتي، يظل محاصراً، أو يختتم ذاتياً حول العديد من خزانات النفط والغاز، أو قد يتسرب. الحجر الرملي، المكون من جزيئات معدنية وصخرية مضغوطة لملايين السنين، لديه العديد من الفراغات بين الجزيئات، مما يسهل تخزين الماء أو تشكيل خزانات النفط والغاز. في المقابل، الصخر الزيتي هو طين مضغوط من جزيئات معدنية أصغر غنية بالطين، قادر على تشكيل طبقة مانعة للتسرب حول الحجر الرملي، وبالتالي إغلاق النفط والغاز الطبيعي.
« قال توان هو: « نهدف إلى أن يبقى الهيدروجين المحقون في مكانه، بدلاً من أن يهاجر خارج منطقة التخزين، وبالتالي تجنب الهدر. هذا مصدر قلق رئيسي لجميع مرافق التخزين. » »
الأستاذ توان هو، مع متعاونين من جامعة أوكلاهوما، أجرى تجارب لدراسة التفاعل بين الهيدروجين وعينات من الحجر الرملي والصخر الزيتي. وجدوا أنه على الرغم من أن الهيدروجين لا يبقى في الحجر الرملي بعد الاستخراج، إلا أن ما يصل إلى 10% من الغاز الممتز يظل محاصراً في عينات الصخر الزيتي. تم تأكيد هذه النتائج بواسطة محاكيات حاسوبية أجراها هو.
لمزيد من الاستكشاف لنوع معين من الطين الموجود عادةً في الصخر الزيتي المحيط بخزانات النفط والغاز، أجرى هو محاكيات حاسوبية للتفاعلات الجزيئية بين طبقات طين المونتموريلونيت والماء والهيدروجين. اكتشف أن غاز الهيدروجين له وصول ضئيل إلى الفراغات المملوءة بالماء بين هذه الطبقات المعدنية الطينية.
أكد توان هو أن هذا يشير إلى فقدان ضئيل للهيدروجين في الطين عن طريق الالتصاق أو الاختراق، وهو أمر مبشر للتخزين تحت الأرض للهيدروجين. نُشرت هذه النتائج المتعلقة بالطين العام الماضي في مجلةSustainable Energy & Fuels. وأضاف أن تجارب إضافية جارية في معهد ستيفنز للتكنولوجيا وجامعة أوكلاهوما للتحقق من نتائج المحاكيات الجزيئية.
اقرأ أيضًا: Bitcoin يصل إلى أعلى مستوى تاريخي ويغذي تعافي العملات البديلة
« خزان ضخم من الحجر الرملي المسامي، كان مليئًا سابقًا بالنفط والغاز، أصبح الآن مليئًا بوقود مختلف وخالٍ من الكربون: الهيدروجين. » إذا أمكن تحقيق هذه التقنية، سواء كان ذلك تطورًا جديدًا ضخمًا، سيكون خبرًا رائعًا للطاقة والصناعة الثقيلة.
هل يمكن تلوث الهيدروجين؟
« إذا أردنا خلق اقتصاد الهيدروجين، نحتاج حقًا إلى طرق موزعة على نطاق واسع لتخزين كميات كبيرة من الهيدروجين »، قال كونلي، رئيس قسم سانديا في برنامج تقييم وتسريع تخزين الهيدروجين تحت الأرض (SHASTA) التابع لمكتب الطاقة الأحفورية وإدارة الكربون في وزارة الطاقة الأمريكية. « من الجيد تخزينه حيث يوجد ملح، لكن هذا لا يمكن أن يكون الخيار الوحيد. لذلك نتوجه إلى خزانات النفط والغاز المستنفدة والمياه الجوفية كوسيلة أكثر لامركزية لتخزين كميات كبيرة من الهيدروجين. كل هذا باسم إزالة الكربون من قطاع الطاقة. »
من خلال التجارب والمحاكيات، اكتشف فريق توان هو أنه عندما يتم حقن الهيدروجين في خزانات الغاز الطبيعي المستنفدة، يمكن أن ينطلق الغاز الطبيعي المتبقي من الصخور إلى الهيدروجين. يشرح هو أن هذا يعني أنه عند استخراج الهيدروجين للاستخدام، سيحتوي على كميات صغيرة من الغاز الطبيعي.
« هذا ليس مقلقًا، لأن الغاز الطبيعي لا يزال يحتوي على طاقة، ولكنه يحتوي على كربون، لذلك عندما يُحرق هذا الهيدروجين، سينتج كميات صغيرة من ثاني أكسيد الكربون »، قال هو. « هذا شيء يجب أن نكون على دراية به. » يستخدم فريق توان هو، الذي يتكون بشكل أساسي من الباحث ما بعد الدكتوراه أديتيا شودري من Sandia National Laboratories، حاليًا محاكيات جزيئية وطرق تجريبية لدراسة تأثير الهيدروجين على خزانات النفط المستنفدة وكيف يمكن أن يلوث النفط المتبقي الهيدروجين أو يتفاعل معه.
يمكن استخدام نتائج هو لتوجيه تجارب ميدانية على نطاق واسع لتخزين الهيدروجين تحت الأرض، قال كونلي. وأضاف أن مشروع SHASTA يخطط لإجراء مثل هذه التجارب على المستوى الميداني في المستقبل لإثبات جدوى تخزين الهيدروجين من النفط والغاز المستنفدين. يعتقد هو أن هناك حاجة لمزيد من البحث لفهم كيفية تفاعل الميكروبات والمواد الكيميائية الأخرى في خزانات النفط المستنفدة مع الهيدروجين المخزن.
مهام Sandia
منذ عام 1949، كانت التميز في خدمة المصلحة الوطنية هي المهمة الرئيسية لـ Sandia.
كمختبر وطني متعدد التخصصات ومركز بحث وتطوير ممول من الحكومة الفيدرالية (FFRDC)، تؤدي Sandia مهمتها، التي تعد جزءًا لا يتجزأ من مهمة وعمليات جهاز التمويل الخاص بها، بالطرق التالية:
- توقع ومواجهة التحديات الناشئة في مجال الأمن القومي
- الابتكار واكتشاف تقنيات جديدة لتعزيز المزايا التكنولوجية الوطنية
- خلق قيمة من خلال منتجات وخدمات تلبي التحديات الهامة للأمن القومي
- إعلام النقاش الوطني بأن سياسة التكنولوجيا ضرورية للحفاظ على الأمن والحرية في العالم.