استكشاف الهيدروجين .. البحث جارٍ عن وقود نظيف يحل محل النفط يومًا ما

"أعتقد أن الماء سيُستخدم يومًا ما كوقود وأن الهيدروجين والأوكسجين وهما مكوِّناه سيشكلان معا أو كلا منهما على حدة مصدرا لا ينفد للحرارة والضوء،" هذا ما كتبه جول فيرن الروائي الفرنسي ورائد أدب الخيال العلمي عام 1875.

ظل أصحاب الاستبصارات العميقة والأفكار الغريبة يبحثون منذ فترة طويلة ولكن بقدر محدود من النجاح عن طرق قليلة التكلفة لتصنيع الهيدروجين.

الآن يشتعل العالم حماسا مرة أخرى لأبسط عناصر الطبيعة (الهيدروجين) ولكن على نحو جديد. فالمهتمون به في الوقت الحاضر لا يريدون تصنيع الهيدروجين ولكن استخراجه بالحفر.

الهيدروجين بعكس الذهب مفيد على نحو استثنائي. فهو كوقود يمكنه نظريا تشغيل محركات السيارات والحافلات والطائرات والسفن. ويمكن حرقه في محطات الكهرباء لتوليدها. ولأنه -بخلاف الوقود الأحفوري-لا يطلق غازات الاحتباس الحراري يمكن أن يساعد على كبح التغير المناخي في حال الحصول عليه بعملية نظيفة.

تدعم الحكومات ماليا جهود إنتاج وقود الهيدروجين. فقانون خفض التضخم الأمريكي يقدم دعما سخيا لإنتاجه بطريقة نظيفة من الوقود (بالتقاط واحتجاز الكربون الذي ينتج عنها) وأيضا من الطاقة النووية والموارد المتجددة (التي تتطلب كمية كبيرة من الطاقة لفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين بواسطة التحليل الكهربائي).

الهيدروجين الطبيعي

المشكلة هي أن إنتاج الهيدروجين بأيٍ من هذه الطرق مكلف، وغالبا ما سيظل كذلك لسنوات عديدة قادمة. الهيدروجين هو العنصر الأكثر حضورا في الكون. لكنه كما يقول مسؤولو معمل الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة " لا يوجد منفردًا" في الأرض. فهو يوجد في العادة مرتبطا بالأكسجين (متفاعلا معه) حيث يكوِّنان معا الماء أو مرتبطا بالكربون كمواد هيدروكربونية (نفط وغاز). ويتطلب إطلاق أو تحرير الهيدروجين مقدارا كبيرا من الطاقة ومعدات متقدمة وتعب.

تبحث مجموعة متنوعة من صائدي الهيدروجين عن الهيدروجين "الطبيعي" أو الجيولوجي والذي تتصور أنه أكثر وجودا مما يُعتقد. وبالنسبة لأولئك الذين يعتبرونهم حالمين، يشير الباحثون عن الهيدروجين إلى أن فكرة وجود النفط بكميات وفيرة في جوف الأرض كانت تعد فكرة مجنونة أيضا.

في منتصف القرن التاسع عشر واجه العالم أزمة طاقة. فإمدادات زيت الحوت كانت أقل من الطلب عليه. واعتقد البعض أن البترول قد يكون بديلا له. لكن محاولات عديدة لاستخراجه باءت بالفشل. وعندما اقترح إدوين دريك الحفر في بنسيلفانيا بحثا عن النفط سخِر المستثمرون من الفكرة وكانوا يخاطبونه متسائلين له في استغراب "النفط يخرج (يتدفق) من الأرض؟ غير معقول!! أنت معتوه." ثم في يوم من أيام عام 1859 اكتشف دريك بئرا سخية وبدأ عصر النفط.

هل يمكن أن يحدث شيء شبيه بذلك مع الهيدروجين. لقد حدث ذلك بقدر محدود. ففي عام1987 في بوراكوبوغو التي تقع في ركن قصي بدولة مالي غرب إفريقيا حفر الأهالي بئرا بعمق 100 متر بحثا عن الماء. ولأن البئر كانت جافة تخلّوا عنها، ثم لدهشتهم اشتعلت النار في (غاز) غامض تسرب من البئر. دُفنت البئر بسرعة ولم يعد يذكرها أحد إلى أن جاء عليو ديالو، وهو رجل أعمال متحمس من أهل المنطقة كان يعمل في السياسة ببلده وتركها ليركز جهوده في استكشاف الهيدروجين. يهتف ديالو قائلا "أريد أن أكون ملك الهيدروجين."

وبالصدفة وعند موقع البئر التي أطلقت غاز الهيدروجين كان ضمن منطقة امتياز لاستكشاف النفط والغاز منحت للشركة التي يديرها ديالو.

افترض القرويون الذين شاهدوا اللهب وهو ينبعث من البئر أنها مسكونة. أما ديالو فقرر أن يتحقق من الأمر. أكدت الفحوصات أن البئر كانت تنتج هيدروجينا نقيا بنسبة 98% وجلب ديالو معدات من كندا للقيام بالمزيد من الحفر والاختبارات.

أثار انقلاب في عام 2012 خوف المستثمرين الأجانب لكن ديالو مضى قدما في استكشاف الهيدروجين. والآن يتمتع أولئك القرويون بإضاءة وكهرباء على مدار اليوم وذلك شيء نادر في مالي.

كانت البئر تتغذى من خزان كبير يحتوي على هيدروجين طبيعي ظل يتدفق إلى يومنا هذا. حفرت شركة ديالو أكثر من عشرين بئرا إضافية تتفاوت بين آبار ضحلة مثل تلك التي حفرها القرويون بحثا عن الماء (100 متر)، و آبار بعمق 1800 متر وذلك بهدف رسم خارطة جيولوجية أملًا منه في استنساخ نجاحه في أماكن أخرى، أسس في كندا شركة تحت اسم "هايدروما" للبحث عن غاز الهيدروجين في بلدان أخرى أكثر استقرارا (شهدت مالي انقلابين آخرين منذ عام 2020). يقول عليو ديالو "الهيدروجين هو المغير للعبة بالنسبة لحياة البشر." وهو لم يعد وحده الذي يعتنق هذه الفكرة.

أين يوجد الهيدروجين الطبيعي؟

وُجِد الهيدروجين في فرنسا وأمريكا وأستراليا وكولومبيا وسلطنة عُمان. وثمة مكان في تركيا يعتقد أنه موقع الشعلة الأولمبية الأصلية ظل مشتعلا لآلاف السنين بفضل مصدر طاقة أصبح معلوما الآن أنه غني بالهيدروجين. كما يطلق "مرتفعُ وسط المحيط الأطلنطي" والأخدود الإفريقي العظيم غاز الهيدروجين إلى جانب تشكيلات سطحية غامضة تعرف "بدوائر الجن" في ولايتي كارولاينا وبولندة وغرب إستراليا.

لماذا لم ينتبه الناس من قبل إلى مصادر الهيدروجين هذه؟ قد يبدو ذلك غريبا لكن شركات النفط الكبرى لم تبحث أبدا عن الهيدروجين أو تستخدم مستشعرات لرصده. يقول جيوفري إليس خبير الكيمياء الجيولوجية بهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية: إن الهيدروجين إلى جانب كونه بدون لون ورائحة كثيرا ما تلتهمه ميكروبات تحت سطح الأرض. لذلك ربما يتوجب على المستكشفين الحفر بقصد البحث عنه.

في عام 2020 نشر فياتشيسلاف زوجنك وهو كيميائي من أصل أوكراني عرضا لأدبيات أكاديمية تظهر أن " الهيدروجين الجزيئي أكثر انتشارا إلى حد بعيد في الطبيعة مما كان يعتقد في الماضي."

في السابق ركز العلماء الغربيون على الأوراق المكتوبة باللغة الإنجليزية. لكن زوجنك الذي يتحدث الروسية بطلاقة بحث الأوراق غير المترجمة وغير المرقمة في أرشيف الاتحاد السوفييتي القديم للعثور على دلائل مفتاحية. وبعد مراجعة أكثر من 500 دراسة حقق اختراقًا.

الكثير من الأبحاث الميدانية خلال القرن الماضي أجريت في الاتحاد السوفيتي وكانت غير معلومة للباحثين الغربيين. وكثيرا ما عثر المهندسون السوفييت على الهيدروجين ليس لأنهم أرادوا ذلك ولكن لأن لديهم نظرية مختلفة (تم دحضها الآن) عن أصل النفط. لقد اعتقدوا أنه نشأ عن مادة غير عضوية وليس من عظام الديناصورات المضغوطة. حسب هذه النظرية الكربون المنبعث من وشاح الأرض يتفاعل مع الهيدروجين الموجود في أعماقها لكي ينتج الهيدروكربونات. لذلك من المنطقي البحث عن الهيدروجين كدليل على وجود البترول.

كيف تتشكل ترسُّباته؟

حسب بعض التقديرات هنالك أكثر من 10 طرق قد يوجد بها الهيدروجين طبيعيا. لكن كما يبدو قلة قليلة فقط هي التي من المرجح أن تنتج ترسبات يمكن استخراجها لأغراض تجارية. أكثر هذه الطرق الواعدة حسب زوجنك هي "السيربينتنية."في هذه العملية تتفاعل الصخور الغنية بالمعادن تحت سطح الأرض مع ماء حار جدا لإنتاج أكسيد الحديد (الصدأ) وغاز الهيدروجين. لقد تمت دراسة هذا التفاعل جيدا. وحددت شركة زوجنك " ناتشورال هايدروجين انيرجي" منطقة محتملة في ولاية نبراسكا ثم حفرت أول بئر استكشافية للهيدروجين إلى عمق حوالي 3400 متر.

وعلى الرغم من أن الجائحة والقيود المالية أبطأت الحفر إلا أن الشركة تخطط مع شركاء جدد للحفر مرة أخرى في الموقع قريبا.

هنالك نظرية أخرى فحواها أن الهيدروجين ينتج عميقا في نواة أو وشاح الأرض ويتسرب إلى السطح عبر الشقوق على طول الصخور. كما تفترض نظرية أخرى أيضا تعرف باسم التحلل الإشعاعي أن الطاقة المنبعثة من الصخور النشطة إشعاعيا تفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين في أعماق الأرض.

ومهما كانت الطريقة التي تشكَّل بها الهيدروجين الطبيعي أو الجيولوجي فإن جزيئاته صغيرة وزلقة بحيث يمكن أن تشق طريقها بسهولة إلى السطح ما لم يتم اقتناصها مثلا في طبقة ملحية غير نافذة أو تلتهمها الميكروبات.

منذ نشر مقالة زوجنك بدأ الاهتمام بالهيدروجين يتصاعد. فالجمعية الجيولوجية في لندن حشدت أكثر من 200 خبير لمؤتمر حول الموضوع. ووزارة الطاقة الأمريكية التي لا تزال تضخ البلايين في مشروعات لتصنيع الهيدروجين قبلت بوجهة النظر القائلة أن "كميات كبيرة من الهيدروجين أو الطبيعي الجيولوجي (ربما) توجد تحت سطح الأرض."

وحسب اعتقاد جيوفري إليس خبير هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية "قد يكون ثمة هيدروجين يكفي لتزويد الاقتصاد العالمي بالطاقة لقرون قادمة." إلى ذلك ستنشر الهيئة قريبا تقييما للمواقع الواعدة جدا أو "بتعبير آخر" خريطة كنز.

استكشاف الهيدروجين

البحث عن الهيدروجين يجتذب استثمارات ببلايين الدولارات حسبما تقول شركة البيانات المالية ستاندارد آند بورز جلوبال. وجمعت شركتا الاستكشاف الأستراليتان هايتيرا وجولد هايدروجين ملايين أخرى عبر الاكتتابات العامة. وهنالك جهود أخرى يتم تمويلها بواسطة منح حكومية أو بأموال غير معلن عنها من شركات النفط والغاز العملاقة.

ومؤخرا حصلت "كولوما" وهي شركة ناشئة لا تفصح عن نفسها ومقرها في دينفر على تمويل بقيمة 91 مليون دولار من ذراع الاستثمار المغامر لمنظمة الابتكار المناخي "بريكثرو انيرجي" التي أطلقها بيل جيتس.

في حديث للإيكونومست على هامش مؤتمر الأمم المتحدة للمناخ قال جيتس عن الهيدروجين الطبيعي أنه "يمكن أن يكون نجاحا عظيما أو فشلا ذريعا. لكنه موجود حقا. هذا شيء رائع." وذلك ما يفسر رهانه على شركة "كولوما" التي تتخلى عن منهج التجربة والخطأ (المجازفة) مفضلة إطارا علميا صارما (للبحث عن الهيدروجين).

في مبنى عادي بجامعة ولاية أوهايو ستيت يشمر عن ساعديه د. توم دارا كبير مسؤولي التقنية بالشركة ومعه فريق من الباحثين. رسم دارا خريطته الخاصة به للأماكن التي يعتقد بوجود الهيدروجين الطبيعي فيها. ويقول: يوجد تداخل ضئيل جدا لها مع الأماكن التي يوجد بها النفط والغاز. ويضيف أن شركته تستخدم مقاربة "سمارتس" والتي تعني حسب تعريفه لها "أهدافا معينة يمكن قياسها وبلوغها وهي واقعية ومحددة زمنيا." ويقول عنها: إنها مستوحاة من نمذجة الطبقات الداخلية للأرض في صناعة النفط. باستخدام مقاربة "سمارتس" تبحث شركته عن أفضل المكامن الصخرية التي قد تحتوي على الهيدروجين والتحقق من الاكتشافات بسرعة في المعمل. وعندما تصدر هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية "خريطة كنزها" ستتوجه شركات الحفر الاستكشافي المتنافسة إلى المواقع الصحيحة (التي يمكن أن يوجد بها الهيدروجين). لكن توم دارا يصر على أن شركته لديها ميزة بفضل مقاربتها المنهجية والتي تشمل أدوات رصد محسَّنة ومحاكاة لمكامن الهيدروجين. ويقول: إنه يعلم ماهي الأسئلة العلمية التي يجب طرحها لإيجاد مناطق استكشاف حقيقية وقابلة للحفر. وهو حسبما يقول لا يبحث عن كميات محدودة من الهيدروجين كما في مالي ولكن عما يمكن أن يماثل (في وفرته وضخامته) نفط السعودية. ربما في أمريكا. لكن ربما أيضا في أستراليا.

البارون الأخضر

يقول البارون مايكل هاوارد من ليمبني "لدي وجهة نظر غير شائعة وهي أن العلم والابتكار سينقذان المناخ في الغالب على نحو ما فعلا مع كوفيد-19." البارون مايكل الذي كان في السابق رجل نفط وزعيم معارضة ووزيرا للبيئة في بريطانيا يتولى الآن رئاسة مجلس إدارة " إيرث سورس هيدروجين" وهي شركة ناشئة تبحث عن الغاز المراوغ في أستراليا. يؤكد هاوارد على أن شركته لا تستكشف الهيدروجين بطريقة عشوائية ولكنها تتقدم بطلبات للحصول على رخص للعمل في المناطق الواعدة وتخطط قبل الحفر. إنها تتطلع إلى مناطق قريبة من عمليات التعدين الكبير والتي قد ترغب شركاتها في شراء الوقود إذا وجده.

بالهيدروجين يمكن أن تفعل أي شيء

يصف جيوفري إليس -خبير هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية- أستراليا بأنها واحدة من أكثر المناطق الجاذبة للاستكشاف. وأشعلت شركة جولدن هايدروجين الأسترالية لتوِّها صناعة الهيدروجين.

قبل ما يقرب من قرن وجد الحفارون الهيدروجين في جنوب أستراليا. وعلى غير العادة دونوا ملاحظاتهم في عناية. بعد اطلاع جولدن هايدروجين على تلك الملاحظات والتي أوضحت وجود تركُّزات عالية جدا للغاز قررت الشركة الحفر في نفس الموقع. يذكر نيل دونالد رئيس الشركة في فرح غامر أن البيانات الأولية المستمدة من الحفر في أكتوبر تكشف عن مستويات عالية من الهيدروجين هناك، تماما كما في عام 1931. ويقدِّر أن ذلك يشير إلى وجود مصدر أو خزان كبير. وربما يمكن استخراجه من هناك مباشرة ودون الحاجة إلى تقنية التكسير المائي أو عمليات معقدة أخرى.

يقول فيليب بول من فرقة العمل المعنية بالهواء النظيف وهي جماعة بيئية أمريكية: إن السؤال الأساسي قد تمت الإجابة عليه، "فنحن نتفق بسرعة على وفرة الهيدروجين، ونحن نجده في كل مكان." والسؤال الآن هل يمكن استغلاله.

تظل شكوك كبيرة تدور هنا وهناك حول إمكانية تحقيق أي من أحلام الحالمين بالهيدروجين. لكن من الممكن أن يتوافر وقود رخيص ومنخفض الكربون على نطاق واسع في وقت ما في المستقبل.

جدير بالذكر أن كثافة الطاقة في الهيدروجين أعلى من كل أنواع الوقود الكيمائي الأخرى وهو أيضا شديد التفاعل، حسبما يقول أريك تون كبير مسؤولي التقنية بشركة بريكثرو انيرجي.

هذا يجعله ناجعا، ويمكن استخدامه لإنتاج أشياء ضرورية لكن غير نظيفة (يؤثر إنتاجها على المناخ) في الوقت الحالي مثل الوقود السائل والصلب والأمونيا.

ومع وجود كميات كافية من الهيدروجين بحسب أريك تون ربما يصبح من الممكن تصنيع مادة النشأ بدون التمثيل الضوئي. وهو ما من شأنه أن يحدث ثورة في الزراعة. يقول تون: فقط الانصهار النووي لديه قدرات مماثلة ويعتقد أن المخاطرة أقل في الرهان على الهيدروجين. يلخص تون الموقف قائلا: "إذا كان لديك هيدروجين بكميات كافية ورخيص بقدر كاف يمكنك أن تفعل أي شيء بالمعنى الحرفي لهذه الكلمة." ومن المؤكد أن الروائي الفرنسي جول فيرن كان سيوافقه على ذلك.

المصدر: لجريدة عمان