Poszukiwania naturalnego wodoru - ewenement geologiczny czy potencjał poszukiwawczy

• Autorzy: Matyasik Irena , Wendorff-Belon Małgorzata
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wodór generowany w wyniku naturalnie zachodzących procesów w Ziemi i gromadzący się w zbiornikach skalnych, zwany wodorem naturalnym, stanowić może nowe, czyste i niskoemisyjne źródło energii. Jego eksploracja rozpoczęła się w wielu krajach, a jego cena może być znacznie niższa niż w przypadku innych źródeł wodoru, jak najpowszechniej wykorzystywany reforming parowy metanu czy elektroliza wodna. Naturalny wodór jest realnym zasobem, który wydaje się być stosunkowo równomiernie rozmieszczony w skorupie ziemskiej. Ocena ekonomiczna zasobów wodoru naturalnego jest w toku w niektórych lokalizacjach, np. we Francji, Hiszpanii czy Australii, a w Mali w prowadzona jest od niedawna eksploatacja złoża wodoru naturalnego w Bourakebougou. W artykule zaprezentowany jest obecny stan wiedzy dotyczący procesów generacji naturalnego wodoru i uwarunkowań jego akumulacji. Przedstawiono charakterystykę systemu wodorowego, który stanowi odniesienie do systemu naftowego, podejścia stosowanego powszechnie w eksploracji złóż węglowodorów. Wiele badań wskazuje, że najbardziej efektywnym procesem generacji wodoru jest serpentynizacja, niskotemperaturowy metamorfizm skał ultramorficznych przy udziale wody. Niezwykle istotną rolę odgrywa aktywność tektoniczna, gdyż odnowione głębokie uskoki stanowić mogą ścieżki migracji wodoru z głębszych warstw Ziemi. W Polsce, objawy wodoru naturalnego obserwowane były od lat w trakcie prac poszukiwawczych za złożami węglowodorów, stanowiąc na ogół domieszkę do gazu ziemnego. Sam wodór nie był jednak obiektem poszukiwań, lecz był jednym ze wskaźników procesów zachodzących w ośrodku skalnym, mającym wpływ na procesy generacyjne węglowodorów. Istotnym problemem badawczym w przypadku określenia źródła wodoru obserwowanego w trakcie wierceń może być wodór, będący artefaktem powstałym w trakcie termicznego rozkładu płuczki wiertniczej (tzw. „drill-bit metamorphism”). Interpretacja źródeł wodoru wymaga wsparcia ze strony danych geochemicznych, zwłaszcza składu izotopowego wodoru i gazów towarzyszących. Niezbędna wydaje się być kompleksowa analiza budowy geologicznej i strukturalnej danego obszaru w połączeniu z interpretacją danych wgłębnych (magnetyka, sejsmika) i powierzchniowych (objawy w postaci tzw. „fairy circles”).

EN

Natural hydrogen is a recently identified, clean, and low-carbon source of hydrogen generated by the Earth, capable of migrating and accumulating in geological formations. Its cost could be much lower compared to other hydrogen sources, like most common methane reforming or water electrolysis. It is not merely an energy carrier, but a resource in itself, and it does not require the depletion of one energy source to utilize another. It operates independently of human-made energy or particular raw materials. The exploration efforts and economic assessment of natural hydrogen resources is underway in some locations, such as France, Spain, and Australia, while in Mali, the exploitation of a natural hydrogen deposit in Bourakebougou has recently begun. This article presents the current state of knowledge regarding the processes of natural hydrogen generation and the conditions for its accumulations in rocks. The characteristics of the hydrogen system are presented, which serves as a reference to the oil system, a widely used approach in hydrocarbon exploration. Many studies indicate that the most effective hydrogen generation process is serpentinization, a low temperature metamorphism of ultramafic rocks in the presence of water. Tectonic activity plays an extremely important role, as renewed deep faults can serve as pathways for hydrogen migration from deeper layers of the Earth. In Poland, signs of natural hydrogen have been observed for years during the search for hydrocarbon deposits, generally constituting an impurity in natural gas. However, hydrogen itself was not the target of exploration; rather, it was one of the indicators of processes occurring in the rock medium that affect hydrocarbon generation. A significant research problem when determining the source of hydrogen observed during drilling may be hydrogen that is an artifact produced during the thermal decomposition of drilling mud (so-called “drill-bit metamorphism”). Interpretation of hydrogen sources requires support from geochemical data, especially the isotopic composition of hydrogen and associated gases. A comprehensive analysis of the geological and structural characteristics of the area appears to be necessary, combined with the interpretation of subsurface data (magnetic, gravimetric data) and surface manifestations (so-called “fairy circles”). In summary, natural hydrogen is clean because it does not require the use of electricity or water, and carbon does not appear anywhere in the entire production chain. Moreover, its extraction and purification should not have a significant impact on the environment. The multitude of processes leading to its formation and its numerous manifestations both on the Earth’s surface and in its depths suggest that there is a high probability of the existence of economic accumulations of hydrogen. Therefore, undertaking exploration work in Poland seems justified.

Słowa kluczowe

PL

wodór naturalny; złoża węglowodorów w Polsce; źródła energii; paliwa

EN

natural hydrogen; hydrocarbon deposits; energy sources; fuels

• Wydawca: Stowarzyszenie Naukowo-Techniczne Inżynierów i Techników Przemysłu Naftowego i Gazowniczego
• Czasopismo: Wiadomości Naftowe i Gazownicze
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 27, Nr 12 (310)
• Strony: 4--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.,rys.

Twórcy

autor

Matyasik Irena

• Laboratorium Nafty i Gazu w Zakładzie Geologii i Geochemii Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

autor

Wendorff-Belon Małgorzata

• Zakład Geologii i Geochemii Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• 1. Abrajano T.A., Sturchio N.C., Bohlke J.K., Lyon G.L., Poreda R.J., Stevens C.M., 1988. Methane-hydrogen gas seeps, Zambales Ophiolite, Philippines: deep or shallow origin. Chemical Geology 71, 211-222.
• 2. Depowski S., 1966. Wodór w gazach ziemnych Niżu Polskiego w świetle ogólnych warunków występowania wolnego wodoru. Kwartalnik Geologiczny. t.10, nr 1:194-202.
• 3. Demming A., 2023. The hunt for natural hydrogen reserves. Natural Hydrogen Energy LCC.https://www.Chemistryworld.com/features/the-hund-for-natural-hydrogen-reserves/, (dostęp:13.02.2024).
• 4. Etiope, G. & Sherwood Lollar, B. 2013. Abiotic methane on Earth. Rev. Geophys. 51, 276–299 (2013).
• 5. Goebel E.D., Coveney R.M., Angini Jr E.E. and Zeller E.J., 1983. Naturally occurring hydrogen gas from a borehole on the western flank of Nemaha anicline in Kansas. AAPG Bulletin, vol.67: 1324- 67.
• 6. Hand E., 2023. Hidden Hydrogen: Does Earth Hold Vast Stores of a Renewable, Carbon-Free Fuel?. https://www.science. org/content/article/hidden-hydrogen-earth-mayhold-vast-stores-renewable-carbon-free-fuel (dostęp: 16.02.2023).
• 7. Hosgormez H., Etiope G., Yalcin M.N., 2008. New evidence for a mixed inorganic and organic origin of the Olympic Chimaera fire (Turkey): a large onshore seepage of abiogenic gas. Geofluids, 8: 263-273.
• 8. Jakson O., Lawrence S.R., Hutchinson I.P., Stocks A.E., Barnicout A.C., Powney M., 2024. Natural Hydrogen: sources, systems and exploration plays. Geoenergy 2024-002, Vol.2
• 9. Knez D., Zamani O.A.M., 2023. Up-to-Date Status of Geoscience in the Field of Natural Hydrogen with Consideration of Petroleum Issues. Energies, 16, 6580. doi.org/10.3390/en16186580.
• 10. Laurent Langhi and Julian Strand, 2023. Exploring natural hydrogen hotspots: a review and soil-gas survey design for identifying seepage. Geoenergy https://www.lyellcollection.org by Guest on Sep 03, 2024
• 11. Mahlstedt N., Horsfield B., Philipp W., Misch D., Shi Xi., Noah M., Boreham Ch., Boreham C., 2022. Molecular hydrogen from organic sources in geological systems. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 105, doi. org/10.1016/j.jngse.2022.104704
• 12. Matyasik I., Ciechanowska M., 2024. Możliwości występowania naturalnych złóż wodoru w warunkach polskich. Nafta-Gaz nr 6, s.327-334, DOI: 10.18668/NG.2024.06.01
• 13. McGEE K.A., Sutton A.J., Sato M., 1983. Correlations of Hydrogen Gas Emissions andSeismic Activity at Long Valley Caldera, California,EOS, 45, 891.
• 14. Moretti I., Geymond U., Pasquet G., Aimar L., Rabaute A., 2002. Natural hydrogen emanations in Namibia: Field acquisition and vegetation indexes from multispectral satellite image analysis. International Journal of Hydrogen Energy, vol.47, Issue 84 :35588-35607.
• 15. Neal C., Stanger G.,1983. Hydrogen generation from mantle source rocks in Oman. Earth and Planetary Science Letters, vol.66, 315-320, doi.org/10.1016/0012--821X(83)90144-9.
• 16. Prinzhofer A., Sidy Tahara Cissé C., Diallo A.B., 2018. Discovery of a large accumulation of natural hydrogen in Bourakebougou (Mali). J. Hydrogen Int. Energy, 43: 19315-19326.
• 17. Proskurowski G., Lilley M.D., Kelley D.S., Olson E.J.,2006. Low temperature volatile production at the Lost City Hydrothermal Field, evidence from a hydrogen stable isotope geothermometer. Chemical Geology, 229 : 33 1-343.
• 18. Sherwood Lollar B., Onstott T.C., Lacrampe-Couloume G.,.J., Ballentine C.J., 2014. The contribution of the Precambrian continental lithosphere to global H2 production. Nature, vol.516, 18/25. doi:10.1038/nature14017.
• 19. Wakita H., Nakamura Y., Kita I., Fujii N., Notsu K., 1980. Hydrogen release: New indicator of fault activity. Science, 210 : 188-190.
• 20. Ware R., H., Roeken C., Wyss M..1984. The Detection and Interpretation of Hydrogen in Fault Gases. Pure Applied Geophysics, Vol.122 (1984/85).
• 21. Zgonnik V.; 2020. The occurrence and geoscience of natural hydrogen: A comprehensive review. Earth-Science Reviews 203(2020)103140 doi.org/10.1016/j.earscirev. 2020.103140.(dostęp: 07.02.2024).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).