Możliwości występowania naturalnych złóż wodoru w warunkach polskich

• Autorzy: Matyasik, Irena , Ciechanowska, Maria

Warianty tytułu

EN

Possibilities of natural hydrogen deposits in Polish conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wodór naturalny jako potencjalne bezemisyjne źródło energii odnawialnej, która w transformacji energetycznej całej gospodarki ma do odegrania niezwykle ważną rolę. Omówiono drogi migracji i akumulacji wodorowych. Podano przykłady występowania wodoru w różnych typach środowiska naturalnego i w różnych strukturach litologiczno-stratygraficznych, także na obszarach oceanicznych i w strefach występowania podwyższonej aktywności wulkanicznej. Przedstawiono źródła pochodzenia wodoru naturalnego, z których za najważniejsze przyjmuje się proces serpentynizacji, typowy dla skał ultrazasadowych bogatych w żelazo. Obecnie uważa się, że proces ten może generować aż 80% wodoru występującego na Ziemi. Innym procesem uczestniczącym w produkcji wodoru jest radioliza, zachodząca w skałach zawierających pierwiastki promieniotwórcze (m.in. U, Th), emitujące promieniowanie jonizujące i powodujące rozszczepianie cząstek wody. W czasie tej reakcji uwalniany jest wodór. Zaprezentowano wybrane prace badawcze prowadzone w Polsce na przestrzeni lat, w których zwrócono uwagę na obecność wodoru w gazach ziemnych związanych ze złożami węglowodorów czy ze złożami rud metali. Przeanalizowano 160 wyników badań składu gazów z otworów wiertniczych zlokalizowanych w rejonie północno-zachodniej Polski. Można zauważyć bardzo zmienne zawartości wodoru w tych próbkach. Jego zdecydowanie wyższe stężenia obserwuje się w utworach czerwonego spągowca, zaś znacznie niższe w utworach karbonu, dewonu i kambru. Obecność wodoru jest związana nie tylko z litostratygrafią, ale także z budową tektoniczną danego obszaru. Przedstawiono kierunki prac badawczo-rozwojowych, które powinny być choć w części prowadzone na etapie wstępnej oceny możliwości występowania pułapek wodorowych i określenia ich potencjału.

EN

The article presents natural hydrogen as a potential emission-free source of renewable energy, which plays an extremely important role in the energy transformation of the entire economy. The pathways of hydrogen migration and accumulation are discussed. Examples of hydrogen occurrence in various types of natural environments and in various lithological-stratigraphic structures are provided, including oceanic areas and zones of elevated volcanic activity. The sources of natural hydrogen origin are presented, with serpentinization process, typical for ultrabasic iron-rich rocks, being considered the most important. Currently, it is believed that this process can generate up to 80% of the hydrogen occurring on Earth. Another process involved in hydrogen production is radiolysis, occurring in rocks containing radioactive elements (including U, Th), emitting ionizing radiation and causing water molecule splitting. Hydrogen is released during this reaction. Selected research works conducted in Poland over the years are presented, focusing on the presence of hydrogen in natural gases associated with hydrocarbon deposits or metal ore deposits. 160 results of gas composition studies from drilling holes located in the north-western region of Poland were analyzed. Highly variable hydrogen contents can be observed in these samples. Its significantly higher concentrations are observed in the Rotliegend formations, while much lower in the Carboniferous, Devonian, and Cambrian formations. The presence of hydrogen is related not only to lithostratigraphy but also to the tectonic structure of the area. Research and development directions are presented, which should be at least partially carried out at the stage of preliminary assessment of the possibilities of hydrogen trap occurrence and determination of their potential.

Słowa kluczowe

PL

naturalny wodór; źródła wodoru; serpentynizacja; geochemia powierzchniowa; migracja wodoru

EN

natural hydrogen; hydrogen sources; serpentinization; surface geochemistry; hydrogen migration

• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 80, nr 6
• Strony: 327--334
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys.

Twórcy

autor

Matyasik, Irena

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy,

autor

Ciechanowska, Maria

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• 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(1–3): 211–222. DOI: 10.1016/0009-2541(88)90116-7.
• Angino E.E., Coveney R.M., Goebel E.D., Zeller E.J., Dreschoff G., 1984. Hydrogen and Nitrogen-origin, distribution and abundance, a follow up. Oil & Gas Journal, 82(3): 142–146.
• Birecki T., 1965. Badanie gazonośności osadów cechsztynu i czerwonego spągowca w rejonie Lubina i Sieroszowic. Biuletyn Instytutu Naftowego, 3–4: 7–8.
• Depowski S., 1966. Wodór w gazach ziemnych Niżu Polskiego w świetle ogólnych warunków występowania wolnego wodoru. Kwartalnik Geologiczny, 10(1): 194–202.
• Demming A., 2023. The hunt for natural hydrogen reserves. Natural Hydrogen Energy LCC. <https://www.chemistryworld.com/features/the-hunt-for-natural-hydrogen-reserves/4017747.article> (dostęp: 13.02.2024).
• Gaucher E.C., Moretti I., Pelissier N., Burridge G., Gonthier N., 2023. The place of natural hydrogen in the energy transition: A position paper. European Geologist, 55. DOI: 10.5281/zenodo.8108239.
• Goebel E.D., Coveney R.M., Angini Jr E.E., Zeller E.J., 1983. Naturally occurring hydrogen gas from a borehole on the western flank of Nemaha anicline in Kansas. AAPG Bulletin, 67:1324–1367.
• Giannesini S., Prinzhofer A., Moreira M., Magnier C., Schneider F., 2009. The differential migration of noble gases as leakage proxy in CO2 geological storage. Geochimica et Cosmochimica Acta,73: A433–A433.
• 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-may-hold-vast-stores-renewable-carbon-free-fuel> (dostęp: 16.02.2023).
• 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(4): 263–273. DOI: 10.1111/j.1468-8123.2008.00226.x.
• Kania M., Janiga M., Wciślak A., 2020. Zmienności ilości i składu gazów pochodzących z degazacji rdzeni skalnych w profilu geologicznym otworu z obszaru LGOM. Nafta-Gaz, 76(1): 3–11. DOI: 10.18668/NG.2020.01.01.
• 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: 10.3390/en16186580.
• Mateja-Furmanik M., 2023. Odkryto złoża wodoru we Francji. Są prawdopodobnie największe na świecie. Globenergia. <https://globenergia.pl/odkryto-zloza-wodoru-we-francji-sa-prawdopodobnienajwieksze-na-swiecie> (dostęp: 16.02.2024).
• Mahlstedt N., Horsfield B., Weniger P., Misch D., Shi X., Noah M., Boreham Ch., 2022. Molecular hydrogen from organic sources in geological systems. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 105, 104704. DOI: 10.1016/j.jngse.2022.104704.
• McGee K.A., Sutton A.J., Sato M., 1983. Correlations of Hydrogen Gas Emissions and Seismic Activity at Long Valley Caldera, California, EOS, 45: 891.
• McCollom T.M., Bach W.G., 2009. Thermodynamic constraints on hydrogen generation during serpentinization of ultramafic rocks. Geochimica et Cosmochimica Acta, 73: 856–875.
• Monzon Project, 2022. <https://helios-aragon.com/aragon-project/> (dostęp: 5.02.2024).
• 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, 47(38). DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.08.135.
• NASA, 2023. Circular Depressions Seep Hydrogen Gas. <https://earthobservatory.nasa.gov/images/151764/circular-depressionsseep-hydrogen-gas> (dostęp: 08.05.2024).
• Neal C., Stanger G., 1983. Hydrogen generation from mantle source rocks in Oman. Earth and Planetary Science Letters, 66: 315–320. DOI: 10.1016/0012-821X(83)90144-9.
• Oze C., Sharma M., 2007. Serpentinization and the inorganic synthesis of H2 in planetary surfaces. Icarus, 186: 557–561. DOI:10.1016/j.icarus.2006.09.012.
• Petersen H.C., 1990. Does natural hydrogen exist? International Journal of Hydrogen Energy, 15: 55.
• Prinzhofer A., Battani A., 2003. Gas isotopes tracing: an important tool for hydrocarbons exploration. Oil & Gas Science and Technology – Revue de I Institut Francais du Petrole, 58(2): 299–311. DOI:10.2516/ogst:2003018.
• Prinzhofer A., Tahara Cissé C.S., Diallo A.B., 2018. Discovery of a large accumulation of natural hydrogen in Bourakebougou (Mali). International Journal of Hydrogen Energy, 43(42):19315–19326. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.08.193.
• 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(4): 331–343. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2005.11.005.
• Sherwood Lollar B., Onstott T.C., Lacrampe-Couloume G., Ballentine C.J., 2014. The contribution of the Precambrian continental lithosphere to global H2 production. Nature, 516(7531): 379–382. DOI: 10.1038/nature14017.
• USGS, 2023. The potential for geologic hydrogen for next-generation energy. <https://www.usgs.gov/news/featured-story/potentialgeologic-hydrogen-next-generation-energy> (dostęp: 13.02.2024).
• Wakita H., Nakamura Y., Kita I., Fujii N., Notsu K., 1980. Hydrogen release: New indicator of fault activity. Science, 210(4466):188–190. DOI: 10.1126/science.210.4466.188.
• Zgonnik V., 2020. The occurrence and geoscience of natural hydrogen: A comprehensive review. Earth-Science Reviews, 203(8):103140. DOI: 10.1016/j.earscirev.2020.103140.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2024.06.01