Zemská kůra skrývá dostatek „zlatého“ vodíku, který by poháněl svět na desítky tisíc let, naznačuje nový výzkum
V roce 1987 si dělník zapálil cigaretu u nové studny poblíž vesnice Bourakebougou v Mali.
Ale když to udělal, uvnitř studny se ozval výbuch. Nyní víme, že to bylo způsobeno dříve nezjištěnými mračny hořlavého vodíku, které proudily ze zásobníku plynu pod dírou.
Bourakebougouova studna je první a jediný na světě produkční vodíkový vrt. Ve směsi s kyslíkem v palivových článcích může vodík – nejmenší a nejjednodušší existující molekula – vyrábět elektřinu bez emisí skleníkových plynů a pouze s teplem a vodou jako vedlejšími produkty. Díky tomu je vodík čistým zdrojem energie a očekává se, že poptávka po něm bude do roku 2050 vzroste pětinásobně vyrábět mikroelektroniku, zásobovací průmysl a pohon vozidel a budov.
Společnosti zabývající se průzkumem zdrojů nyní spěchají najít rezervoáry přírodního vodíku, známého také jako „zlatý“ vodík. Aby jim pomohli, vědci identifikovali klíčové „ingredience“ potřebné k vytvoření takových akumulací. A díky těmto znalostem získávají na popularitě techniky na podporu nebo napodobení přirozené generace vodíku, které byly kdysi považovány za neproveditelné, uvedli odborníci pro Live Science.
„Jen stále nacházíme víc a víc, čím víc to začínáme hledat,“ Geoffrey Ellisropný geochemik z US Geological Survey, řekl Live Science.
Změna paradigmatu
Vodík je zdrojem energie, ale je také kritickou složkou hnojiv, rafinované ropy a raketového paliva. Průmysl produkuje téměř všechen svůj vodík zahříváním zemního plynu s párou za vzniku směsi vodíku a oxidu uhelnatého, ze které lze vodík extrahovat.
Tato metoda vyrábí „šedý“ vodík a pumpuje dokola 1 miliarda tun (920 milionů metrických tun) oxidu uhličitého do atmosféry každý rok – ekvivalent 2,4 % celosvětových ročních emisí. Teoreticky mohou obnovitelné energie nahradit zemní plyn při výrobě „zeleného“ vodíku, zatímco „modrý“ vodík se vyrábí z fosilních paliv, ale se zachycováním uhlíku, což znamená, že uhlík se nedostane do atmosféry. Ty ale dohromady tvoří nepatrný zlomek produkce vodíku po celém světě.
„Vodík je čistý zdroj energie, ale rozhodující je, jak vodík získat,“ Chris BallentineProfesor geochemie na Oxfordské univerzitě, řekl Live Science.
Nový zdroj vodíku by však mohl snížit uhlíkovou stopu průmyslu, protože se ukazuje, že pod zemí se může hromadit obrovské množství vodíku. Vědci již dlouho věděli, že horniny v zemské kůře produkují vodík, ale odborníci již dříve dospěli k závěru, že plyn se nemůže shromažďovat v rezervoárech, protože v ropných a plynových vrtech byly nalezeny pouze nepatrné koncentrace.
Objev v Mali tuto teorii svrhl. Vědci si uvědomili, že místa, kde společnosti vrtají ropu a plyn, nejsou nejlepšími místy k nalezení vodíku.
Obrovské nádrže, čekající na nalezení
Objev z Mali odstartoval celosvětový hon po zásobárnách vodíku. Než však geologové zahájí nákladné průzkumné projekty, potřebují vědět, kolik vodíku se může skrývat pod zemí.
Nové odhady naznačují, že jde o ohromující částku. Kontinentální kůra Země vyprodukovala dostatek vodíku Podle nedávného hodnocení Ballentina a jeho kolegů za poslední 1 miliardu let pokryly současné energetické potřeby společnosti na 170 000 let. Ačkoli velká část tohoto vodíku unikla do atmosféry, toto číslo je „výchozím bodem pro zjištění, že tvorba vodíku v kůře je významná,“ řekl Ballentine.
Jiné odhady číslo v Ballentine paper zdvojnásobují. Ofiolity jsou kusy oceánské kůry, které byly nasunuty na kontinentální kůru, a některé odhady naznačují, že tyto zbytky oceánské kůry mohou produkovat tolik vodíku jako kontinentální kůra, řekl Ballentine.
Ale kolik tohoto vodíku zůstalo v zemské kůře? V roce 2024 to Ellis a jeho kolegové vypočítali planeta obsahuje 6,2 bilionu tun (5,6 bilionu metrických tun) vodíkunebo asi 26násobek množství oleje známo, že jsou ponechány v zemi. Kde se tyto zásoby vodíku nacházejí, je velkou neznámou. Většina z nich je pravděpodobně příliš hluboká nebo příliš daleko od pobřeží, aby se k nim dalo dostat, a některé nádrže mohou být příliš malé na to, aby stálo za to je těžit – ale výzkumníci zdůraznili, že pouhá 2 % celkového vodíku by mohla nahradit naše současná fosilní paliva na 200 let.
„Potenciál, který tam dole je, je docela, docela velký,“ řekl Ellis. A co víc, přírodní vodík, na rozdíl od typu vyrobeného průmyslovými procesy, přichází s vestavěným úložištěm, protože je umístěn v zemské kůře. Má také mnohem menší uhlíkovou stopu než vyrobený vodík, přičemž emise pocházejí pouze z těžby, řekl Ellis.
Ingredience
V lednu 2025 Ellis a jeho kolegové zveřejnili mapu ukazující, kde by mohly existovat zásobníky vodíku v nižších 48 státech USA. Vědci použili data gravitace a magnetického signálu k odhadu složení hornin v celé zemské kůře a určení, kam mohl vodík migrovat pod zemí.
„Bylo to poprvé, co se někdo pokusil provést tento typ mapovacího cvičení,“ řekl Ellis.
Vědci odhadli pravděpodobnost produktivních zásobáren vodíku, známé jako prospektivita, na základě šesti geologických požadavků, které vytvářejí a zachycují vodík v zemské kůře. Na mapě se prospektivita pohybuje od 0 do 1, přičemž 0 znamená, že pravděpodobně není žádný vodík a 1 znamená, že je velmi pravděpodobně přítomen vodík.
K vytvoření rezervoáru vodíku je prvním a druhým požadavkem, že region musí mít dostatek podzemní vody a hornin produkujících vodík. Potřeba vody omezuje produkci vodíku na horních 10 mil (16 kilometrů) kůry, Oliver Warrdocent geochemie na Ottawské univerzitě, řekl Live Science.
Nejlepší horniny produkující vodík jsou horniny bohaté na železo, které generují vodík prostřednictvím „hydratačních reakcí“, kdy voda reaguje s horninami. Dalšími dobrými zdroji vodíku jsou horniny bohaté na uran a thorium, které při rozpadu radioaktivních prvků produkují částice alfa. Tyto alfa částice pak mohou rozdělit vodu na kyslík a vodík – proces známý jako radiolýza, řekl Warr.
Mezi horniny bohaté na železo patří čedič a gabro. Zemský plášť, vrstva pod kůrou, ohřívá podzemní vodu a produkuje páru, která reaguje se železem a vytváří vodík. Mezi horniny bohaté na uran a thorium patří žuly, které mohou vyvolat radiolýzu vody.
Třetím požadavkem je, aby zdrojové horniny byly velmi, velmi horké – mezi 480 a 570 stupni Fahrenheita (250 až 300 stupňů Celsia), což zaručuje rychlé rychlosti reakce, řekl Ellis.
Za čtvrté, oblast musí mít rezervoárové horniny, které dokážou zadržet vodík poté, co se vyrobí a migruje kůrou. Skály v nádrži jsou typicky porézní pískovce, ale mohou fungovat i jiné typy hornin, pokud jsou vysoce fragmentované, řekl Ellis.
Pátým kritériem pro vytvoření rezervoáru vodíku je nepropustné „utěsnění“ k zachycení plynu uvnitř zásobníku. „Něco jako břidlice nebo možná sůl by bylo opravdu ideální sedět na té porézní skále,“ řekl Ellis. Zásadní je, že těsnění musí existovat, když se vyrábí vodík, jinak plyn unikne do atmosféry, řekl.
Šestá a poslední podmínka je, že tam, kde se vodík vytváří a hromadí, musí existovat minimální mikrobiální aktivita, protože mikrobi vodík spotřebovávají, řekl Warr.
Těchto šest podmínek nebo složek se vyskytuje na všech kontinentech, řekl Ballentine. V současné době vodíkové společnosti vrtají průzkumné vrty převážně v oblasti Midcontinent Rift, kde je Severní Amerika začaly, ale nakonec se nepodařilo rozdělit před 1 miliardou let — která je hojná v horninách bohatých na železo.
Pohled dopředu
Vědci také zkoumají ložiska vodíku v Ománu, kde jsou ofiolity. Geologové z University of Colorado jsou spuštění pilotního projektu v zemi testovat proveditelnost výroby „stimulovaného vodíku“, řekl Ellis.
Stimulovaná výroba vodíku se inspiruje tím, co se vědci dozvěděli o geologie který vyrábí a akumuluje vodík. Zahrnuje vstřikování vody do zemské kůry, aby se nastartovaly buď hydratační reakce, nebo radiolýza.
Před rokem byli lidé ve vodíkovém průmyslu skeptičtí, že se stimulovaná výroba vodíku někdy zhmotní, řekl Ellis. Ale teď: „Viděl jsem velký posun,“ řekl.
Pokud dokážeme najít přírodní vodík a extrahovat ho, plyn by mohl snížit emise v celé řadě odvětví. Například hojné množství vodíku se nachází v dolech, protože to je místo, kde lidé vrtají nejhlouběji do kůry, takže plyn by mohl pohánět těžební operace, řekl Warr.
Přírodní vodík by také mohl snížit emise z průmyslových odvětví, jako je výroba hnojiv. „Pokud dokážeme nahradit vodík vyrobený z uhlovodíků čistým vodíkem, pak můžeme velmi rychle udělat obrovský rozdíl,“ řekl Ballentine.
Přírodní vodík nevyřeší klimatickou krizi, ale může zmírnit některá rizika. „Musí to být jedna z mnoha strategií,“ řekl Warr. „Potřebujeme jen pochopit skutečný potenciál a jak jej nejlépe využít.“
Některé z klíčových hledisek pro společnosti jsou, zda přínosy rozvoje přírodních zásobníků vodíku, když je najdeme, ospravedlní náklady na výstavbu výrobních závodů na místě nebo dopravu plynu do průmyslových odvětví, která jej potřebují.
„Pokud jste daleko a najdete opravdu velké naleziště plynu, stále nemusí mít cenu ho vyrábět, protože náklady na uvedení vodíku na trh jsou příliš vysoké,“ řekl Ballentine. „Je tu kompromis.“
Celkově jsou ale odborníci optimističtí. „Myslím, že v USA bylo vyvrtáno přes tucet vrtů,“ řekl Ellis. „Našli spoustu vodíku.“
