Устойчивая энергетика: «Волшебные круги» могут указывать на глубину источников природного водорода
Природный водород из недр Земли может стать важным элементом устойчивой энергетики будущего, однако пока сложно предсказать, где и на какой глубине находятся его повышенные концентрации. Новые результаты исследования из Департамента геологии Венского университета могут упростить такие прогнозы. Так называемые «волшебные круги» — круглые участки с повреждённой растительностью — могут служить полезными индикаторами, поскольку они проседают из-за просачивания природного водорода.
Согласно исследованию, чем глубже источник водорода и выше его давление, тем крупнее «волшебный круг» на поверхности. Исследование недавно опубликовано в журнале Geology.
Во многих регионах мира — от Восточно-Европейского кратона в России до США, Бразилии, Намибии и Австралии — на поверхности Земли встречаются загадочные круглые впадины со скудной растительностью. Эти «волшебные круги» обычно имеют диаметр в сотни метров и глубину в несколько метров.
Лишь около десяти лет назад стало известно, что круги выделяют природный водород, указывая на подземные источники. Однако до сих пор не было объяснения, почему они проседают, и может ли их размер указывать на глубину или продуктивность источника.
Эта информация критически важна для энергетической отрасли: природный водород с его почти нулевым углеродным следом считается перспективным устойчивым энергоносителем будущего.
«Но прежде чем начинать дорогостоящее бурение, нам нужно понять, как формируются волшебные круги, насколько велики могут быть запасы и как глубоко нужно бурить», — объясняет Мартин Шёпфер из Департамента геологии Венского университета.
Исследование, поддержанное компанией OMV и возглавляемое Шёпфером, с помощью геомеханического компьютерного моделирования объяснило, почему поверхность проседает над источниками водорода. Причина — взаимодействие потоков газа и воды с грунтом (осадком) в двухфазном процессе.
Предполагается, что рыхлый осадок (песок или глина), поры которого насыщены грунтовыми водами, залегает над твёрдой породой. Если газ (водород) поступает в этот слой из точечного источника, он частично вытесняет воду, которая затем просачивается на поверхность. Водород также просачивается, а изменённый газовый состав может повреждать растительность. Кроме того, поверхность слегка приподнимается.
«Можно сказать, что осадок поднимается, как суфле, но здесь работают геомеханические процессы», — говорит Шёпфер. Когда поток водорода прекращается во второй фазе, давление газо-водной смеси в порах осадка падает, что приводит к уплотнению и проседанию грунта.
С помощью моделирования исследование изучило взаимосвязь глубины и давления источника газа с деформацией осадка. Результаты оказались поразительными: диаметры и глубина проседания смоделированных кругов почти идеально соответствуют природным структурам, обнаруженным в таких регионах, как Россия, Бразилия и Австралия.
Согласно выводам, диаметр и глубина кругов, вероятно, напрямую связаны с давлением и глубиной газового источника.
«Эти выводы — настоящий прорыв, — подчёркивает Бернхард Граземанн, заместитель главы Департамента геологии. — Волшебные круги могут в будущем служить естественными указателями для поиска подземных источников водорода — потенциально неисчерпаемого и экологически чистого энергоносителя».
Главный геолог OMV и соавтор исследования Габор Тари поясняет растущий интерес энергетического сектора к природному водороду как к потенциальному новому источнику энергии с пренебрежимо малым углеродным следом, особенно в сравнении со всеми искусственно производимыми типами водорода.
«Белый (или золотой, то есть природный) и оранжевый водород находятся в центре интенсивных международных исследований, поскольку они могут стать рентабельными и, вероятно, значительно более дешёвыми альтернативами чёрному, серому, синему, розовому и зелёному водороду, каждый из которых имеет значительный углеродный след. Поэтому OMV поддерживает такие фундаментальные исследования».
Однако Шёпфер подчёркивает, что необходимы многочисленные дальнейшие исследования природных кругов, прежде чем результаты можно будет применять на практике, включая моделирование с разными типами грунтов или пульсирующими выбросами газа, а также полевые исследования, которые могут показать роль химических реакций в проседании.