Verborgen waterstof: Aardkorst onthult aanwijzingen voor onbenutte schone energiebron

Natuurlijk waterstof komt van nature vrij aan het aardoppervlak uit grondwater in de rotsen van het Canadese Schild.

In de moderne wereld is een betrouwbare aanvoer van waterstofgas van vitaal belang voor de werking van de samenleving. Meststoffen die uit waterstof worden geproduceerd, dragen bij aan de voedselvoorziening van de helft van de wereldbevolking. Bovendien is waterstof een belangrijke energiecomponent in veel plannen voor een koolstofneutrale toekomst, wat essentieel is om de ergste voorspellingen van klimaatverandering te voorkomen.

Vandaag de dag wordt waterstof geproduceerd uit koolwaterstoffen, waarbij afvalgassen bijdragen aan 2,4% van de wereldwijde CO2-uitstoot. De vraag naar waterstof zal naar verwachting toenemen van 90 miljoen ton in 2022 tot 540 miljoen ton in 2050, maar het is cruciaal dat deze waterstof geen CO2-uitstoot genereert. Productie, gevolgd door de berging van afval-CO2 (“koolstofafvang”) of uit hernieuwbare energiebronnen (wind of zon), zijn beide toekomstige bronnen van waterstof, maar zijn momenteel nog niet commercieel concurrerend.

Nieuwe onderzoeken van de Universiteit van Oxford, in samenwerking met de Universiteit van Durham en de Universiteit van Toronto, bieden een oplossing. Dit werk is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Reviews Earth & Environment.

In het afgelopen miljard jaar is er voldoende waterstofgas geproduceerd door de continentale korst van de aarde om de energiebehoeften van de mensheid gedurende minstens 170.000 jaar te dekken. Terwijl een deel hiervan verloren is gegaan, verbruikt of nu ontoegankelijk is, zou de resterende waterstof een natuurlijke (en emissievrije) bron van deze grondstof kunnen bieden.

Tot nu toe heeft beperkte historische monstername en meting van waterstof de huidige kennis van wetenschappers over waar en hoeveel waterstof zich in de korst bevindt, beperkt. Een verkenningsstrategie is cruciaal om toegankelijke en commercieel levensvatbare accumulaties van natuurlijke geologische waterstof te vinden.

Studieco-auteur, Professor Jon Gluyas (Universiteit van Durham), merkt op: “We hebben met succes een verkenningsstrategie voor helium ontwikkeld en een vergelijkbare ‘basisprincipes’-benadering kan voor waterstof worden toegepast.”

Dit onderzoek schetst de belangrijkste ingrediënten die nodig zijn om een verkenningsstrategie op te stellen voor het vinden van verschillende “waterstofsystemen.” Dit omvat hoeveel waterstof wordt geproduceerd en in welke rotsformaties en omstandigheden dit voorkomt, hoe de waterstof ondergronds migreert vanuit deze rotsen, de voorwaarden die nodig zijn voor de vorming van een gasveld, en de omstandigheden die de waterstof vernietigen.

Professor Barbara Sherwood Lollar (Universiteit van Toronto), mede-auteur van de studie, zei: “We weten bijvoorbeeld dat ondergrondse microben zich graag voeden met waterstof. Het vermijden van omgevingen die hen in contact brengen met de waterstof is belangrijk voor het behouden van waterstof in economische accumulaties.”

De auteurs schetsen waar de kennis over deze ingrediënten sterk is, en benadrukken gebieden die meer aandacht nodig hebben—zoals de efficiëntie van rotsreacties en hoe geologische geschiedenis de juiste rotsen kan samenbrengen met het water dat erop reageert.

Sommige bronnen van waterstofgas, zoals die uit de aardmantel, hebben veel speculatie en hyperbool aangewakkerd—maar dit onderzoek toont aan dat deze geen haalbare bronnen zijn. In plaats daarvan toonden de auteurs aan dat de ingrediënten voor een compleet waterstofsysteem te vinden zijn in een scala aan veelvoorkomende geologische omgevingen binnen de korst.

Sommige van deze omgevingen kunnen geologisch vrij jong zijn, en “recentelijk” waterstof vormen (miljoenen tot tientallen miljoenen jaren), terwijl andere werkelijk oud zijn (honderden miljoenen jaren oud)—maar cruciaal wereldwijd gevonden.

Hoofd auteur Professor Chris Ballentine (Universiteit van Oxford, Afdeling Aardwetenschappen) zei: “Het combineren van de ingrediënten om geaccumuleerde waterstof in een van deze omgevingen te vinden, kan worden vergeleken met het koken van een soufflé—als je één van de ingrediënten, hoeveelheden, timing of temperatuur verkeerd hebt, ben je teleurgesteld.”

“Een succesvolle en herhaalbare verkenningsstrategie zal een commercieel concurrerende, koolstofarme waterstofbron ontsluiten die significant zou bijdragen aan de energietransitie—wij hebben de juiste ervaring om deze ingrediënten te combineren en dat recept te vinden.”

Het potentieel voor natuurlijke geologische waterstof heeft de auteurs gemotiveerd om Snowfox Discovery Ltd. op te richten, een exploratiebedrijf met als missie het vinden van maatschappelijk significante natuurlijke waterstofaccumulaties.