Wodór ze skał i CO2 w kamień. Nowa metoda może rozwiązać dwa problemy naraz

Dwutlenek węgla do skały, a wodór ze skały – to nowatorskie podejście łączące magazynowanie CO2 z produkcją czystego paliwa. Zespół z University of Texas w Austin wykazał w warunkach laboratoryjnych, że pompowanie wody wzbogaconej dwutlenkiem węgla do skał bogatych w żelazo może równocześnie uwalniać wodór i trwale wiązać CO2 w postaci węglanów. Czy to klucz do dekarbonizacji przemysłu, który wciąż nie może obyć się bez paliw kopalnych?

Dwa problemy, jedna reakcja

→ Czytaj też: Zaginione Miasto pod Atlantykiem. Naukowcy przewiercili się do systemu, który je zasila

Wodór jest niezbędny w procesach przemysłowych, których nie da się zasilać energią odnawialną – na przykład przy produkcji nawozów czy stali. Niestety, jak informuje Serwis Nauka w Polsce, prawie cały wodór wytwarza się obecnie z paliw kopalnych, co oznacza emisję ogromnych ilości CO2. Natomiast „zielony” wodór z elektrolizy jest drogi i ogranicza dostępność energii dla innych zastosowań. Tymczasem w głębi Ziemi zachodzą naturalne procesy, w których powstaje wodór geologiczny – zwany też naturalnym lub białym. Chodzi o reakcję wody ze skałami bogatymi w żelazo, czyli serpentynizację.

Naukowcy poszli o krok dalej. Zamiast czekać, aż natura zrobi to za nas, postanowili przyspieszyć proces, dodając do wody dwutlenek węgla. CO2 tworzy kwas węglowy, który rozpuszcza część skały, umożliwiając reakcję większej ilości wody z minerałami. Efekt? Wodór uwalnia się szybciej, a dwutlenek węgla zostaje uwięziony w postaci stałych węglanów.

Laboratoryjny sukces – ale czy to wystarczy?

→ Czytaj też: Arktyka znika na naszych oczach. Polscy naukowcy dokumentują zmiany

Testy przeprowadzono na skale wulkanicznej bogatej w żelazo. Próbki umieszczono w pojemniku ciśnieniowym o ciśnieniu od 1,2 do 1,7 megapaskala i podgrzano do 90 stopni Celsjusza, aby symulować warunki panujące na dużej głębokości. Następnie dodano wodę z CO2 lub – w próbce kontrolnej – wodę z gazem obojętnym (argonem). Wyniki były jednoznaczne: woda bogata w CO2 uwolniła więcej wodoru. Ponadto dodanie chlorku niklu jako katalizatora dodatkowo zwiększyło wydajność.

Naukowcom udało się uwolnić około 0,5 procent wodoru, który teoretycznie można uzyskać z reakcji wody ze skałą. To nadal mało, ale – jak sami oceniają – wystarczy zwiększyć ten udział do 1 procenta, aby proces stał się wykonalny. Jednym ze sposobów jest podniesienie temperatury, co sprzyja serpentynizacji. A to może być opłacalne zwłaszcza przy wykorzystaniu gorących skał także do pozyskiwania energii geotermalnej.

Ogromny potencjał, ale i wyzwania

Bogatych w żelazo skał jest na świecie pod dostatkiem. Nawet przy wydajności na poziomie 1 procenta mogłyby one potencjalnie wytworzyć znacznie więcej wodoru niż 100 milionów ton obecnie produkowanych na świecie. To brzmi obiecująco, ale droga do przemysłowego wdrożenia jest długa. Przede wszystkim trzeba znaleźć odpowiednie formacje skalne, które są wystarczająco szczelne, aby utrzymać wodór – a to najlżejszy z gazów, który łatwo się ulatnia.

Inspiracją może być firma Carbfix, która już mineralizuje CO2 na Islandii, dodając go do wody pompowanej pod ziemię w elektrowni geotermalnej. Połączenie magazynowania dwutlenku węgla z produkcją wodoru i ewentualnie energią geotermalną – jak podkreślono podczas kongresu European Geosciences Union General Assembly w Wiedniu – może być opłacalne i skalowalne.

Co dalej?

Naukowcy z Teksasu planują dalsze eksperymenty, aby zwiększyć wydajność procesu. Jeśli uda się osiągnąć próg 1 procenta, a następnie skalować technologię, może to zmienić zasady gry w walce z emisjami przemysłowymi. Wodór ze skał, produkowany bez emisji CO2, a przy okazji wiążący dwutlenek węgla w kamień – to brzmi jak science fiction, ale laboratoria już pokazały, że to możliwe. Pytanie tylko, czy uda się to zrobić na masową skalę, zanim klimat powie „sprawdzam”.