В то время как мировой энергетический ландшафт сосредоточен на производстве чистого топлива посредством промышленных процессов, исследователи в Бразилии направили свои усилия и оборудование под землю. Основное внимание уделяется поиску природного водорода, также называемого белым или геологическим водородом, источника чистой энергии, который не выделяет загрязняющих веществ, поскольку его сжигание приводит только к образованию водяного пара.
В рамках этого национального проекта Национальный обсерваториум (ON) разработал проект H2GEO. Эта инициатива использует сложные геофизические методы для исследования, картирования и понимания распределения природного водорода под землей в Бразилии.
В отличие от зеленого водорода, который требует электролиза воды с использованием возобновляемой электроэнергии, природный водород генерируется самой Землей. Он возникает в результате химических взаимодействий между богатыми железом минералами и грунтовыми водами в условиях высокого давления и температуры, или посредством радиолиза, вызванного естественным излучением горных пород.
В энергетическом контексте водород классифицируется по своим «цветам». Важное преимущество природного водорода заключается в его стоимости и устойчивости: он требует только энергии для добычи, а не для производства на заводах, подобно природному газу, но без выбросов загрязняющих веществ, поскольку его сжигание производит только водяной пар.
Артур Беневидес, геофизик, исследователь и преподаватель аспирантуры в ON, подробно объясняет, что этот газ обладает преобразующим потенциалом для текущей энергетической матрицы. По его словам, природный или геологический водород — это газ, который естественно образуется внутри Земли в результате геологических и биологических процессов, и его производство бесплатно. Беневидес отмечает, что недавние мировые открытия показывают, что этот ресурс может присутствовать в значительных концентрациях под землей, вызывая большой научный интерес как новый источник низкоуглеродной энергии, способствующий диверсификации существующих матриц.
Беневидес подчеркивает, что геологический водород становится быстро расширяющейся областью исследований, где бесплатность процесса естественной генерации представляет собой важное конкурентное преимущество по сравнению с высокими эксплуатационными расходами промышленного зеленого водорода.
Проект H2GEO использует геофизические методы, которые действуют как «рентген» земной коры. Эти инструменты позволяют картировать физические характеристики почвы и выявлять признаки накопления газа без необходимости немедленного дорогостоящего и глубокого бурения.
Ученые ON стремятся выяснить три важнейшие фазы цикла геологического водорода под землей в Бразилии. Помимо внутренних осадочных бассейнов, регион Лагос в штате Рио-де-Жанейро стал стратегической точкой для исследований H2GEO. Недавние измерения и эксперименты, проведенные в таких городах, как Араруама и Марика, обнаружили геохимические аномалии большой научной ценности.
Объясняя фокус на прибрежной полосе Рио-де-Жанейро, Беневидес упомянул, что интерес возрос после идентификации аномалий, связанных с выходом природного водорода, о чем сообщалось в статье 2024 года в районе Марика. Новые геохимические анализы были проведены в сотрудничестве с Геологической службой Бразилии, расширив исследование на весь регион Лагос и выявив другие места утечек газа. По его мнению, эти доказательства предполагают активные геологические процессы генерации и транспорта ресурса, закрепляя данную локацию как естественную лабораторию для изучения динамики миграции и подземного накопления водорода.
Беневидес сообщил, что исследования поддерживаются промышленностью для картирования геологической системы Рио-де-Жанейро и Минас-Жерайс. В Национальном обсерваториуме, через Лабораторию прикладной геофизики, проект, финансируемый Petronas, уже провел несколько сборов данных для понимания геологической системы Рио-де-Жанейро и Минас, делая регион Лагос стратегической пилотной зоной для понимания системы водорода, связанной с этими выходами.
Исследование в регионе Лагос демонстрирует, как поверхностные и подповерхностные геохимические исследования могут определить пути миграции газа. Присутствие выходов — точек, где природный водород выходит из недр — дает подсказки о циркуляции газа в геологической системе.
Для картирования потенциальных месторождений и отслеживания динамики водорода без ненужных земляных работ ученые используют комбинацию геофизических, геологических и геохимических методов. Этот процесс сравнивается с медицинским изображением, где различные свойства тела анализируются без инвазивного вмешательства.
По словам Беневидеса, анализ недр зависит от измерения изменений в физических параметрах между различными типами горных пород и содержащихся в них жидкостей. Изменения плотности, электропроводности, магнетизма и распространения механических волн дают указания на присутствие газа.
В Араруаме ON установил передовое оборудование для сбора непрерывных данных о коре, включая съемки с помощью дронов, электромагнитные методы и пассивный сейсмический мониторинг. Беневидес пояснил, что исследование объединяет дополнительные техники геофизики, геологии и геохимии, включая сейсмические датчики для измерения колебаний грунта, электромагнитные методы для оценки удельного сопротивления пород, магнитные съемки с помощью дронов и геохимический анализ почвы и газа.
Исследователь подчеркнул, что ключевым моментом является объединение этих аналитических методологий. «Интеграция этой информации позволяет нам получить гораздо более полное представление о недрах, чем если бы мы использовали только одну технику. Таким образом, используя весь этот инструментарий, мы пополняем знания о регионе области исследования, а также о системе формирования этого природного водорода, в случае региона Лагос».
Среди инструментов сейсмические датчики жизненно важны для трехмерного картирования. Вместо использования искусственных источников тяжелого шума они улавливают постоянный «фоновый шум». Беневидес подробно рассказал, что пассивная сейсмология помогает локализовать перспективные подземные структуры. «Эти сейсмические датчики регистрируют небольшие вибрации, которые постоянно присутствуют в окружающей среде, и которые генерируются природными явлениями и собственной деятельностью человека. На основе этих записей, используя физические принципы и математические методы, мы можем построить трехмерные изображения региона, и эти изображения помогают нам идентифицировать области, где изменились свойства пород, будь то из-за циркуляции жидкости или изменения температуры или несогласованности. Это дает нам важные подсказки о геологических системах, связанных с водородом».
Интеграция данных с дронов, электромагнитных измерений и сейсмических датчиков позволяет создавать геологические модели высокой точности, позволяющие идентифицировать тектонические разломы, которые служат проводниками, и пористые породы, которые действуют как ловушки для водорода.
Первоначальный анализ и геологические записи указывают на наличие выбросов природного водорода в осадочных бассейнах таких штатов, как Минас-Жерайс, Сеара, Токантинс и Рорайма. В некоторых районах газ естественным образом выходит на поверхность, образуя депрессии, известные как «волшебные круги». Если проект H2GEO подтвердит коммерчески эксплуатируемые запасы в Бразилии, страна может стать одним из мировых лидеров в прямой разведке этого чистого и возобновляемого источника. Однако превращение этого потенциала в рынок требует прогресса в регулировании, развитии транспортной инфраструктуры и привлечении инвестиций для глубокого бурения, что требует интеграции между университетской работой, производственным сектором и правительством.
}, {