دراسة: تخزين الهيدروجين في الصدوع العميقة قد يثبتها بدلاً من زعزعتها

كشفت دراسة نمذجية جديدة أن ضخ الهيدروجين وسحبه من صدع عميق تحت الأرض قد يقلل من خطر انزلاقه، بدلاً من زيادة النشاط الزلزالي كما كان يُعتقد. ركز البحث على رواسب هيدروجين طبيعية تحت منجم الكروميت "بولقيزي" في ألبانيا، وأظهرت المحاكاة أن اختيار عمق الحقن المناسب يجعل الصدع أقل عرضة للانزلاق مع كل دورة سنوية من التعبئة والتفريغ.

مخزون هيدروجين طبيعي في منجم ألباني

يقع الرواسب المدروسة تحت منجم "بولقيزي" للكروميت، حيث أفاد باحثون في 2024 بأن المنجم يطلق ما لا يقل عن 220 طناً (200 طن متري) من الهيدروجين سنوياً، وهو أحد أكبر التدفقات الطبيعية المسجلة. يحتوي الغاز المجمع في منطقة صدع داخل صفائح قشرة محيطية قديمة على 84% هيدروجين. يميل الصدع بزاوية 80 درجة تقريباً بشكل عمودي، ويصل عمقه إلى نحو 5 كيلومترات، وتتراوح درجات الحرارة على طوله بين 40 و160 درجة مئوية، مما يحد من النشاط الميكروبي المستهلك للهيدروجين.

محاكاة لعشر سنوات تظهر استقرار الصدع

صمم الدراسة الأستاذ المشارك لي هاو من كلية الصين-المملكة المتحدة للكربون المنخفض في جامعة شنغهاي جياو تونغ، مع زميله تشنغشين تشانغ، وشارك في التأليف فنغشو تشانغ من جامعة تونغجي وديريك إلسوورث من جامعة بنسلفانيا. أجريت المحاكاة على مدى عشر سنوات دورية: يُحقن الهيدروجين من أبريل إلى سبتمبر ويُسحب من أكتوبر إلى مارس، بمعدل 750 ألف متر مكعب يومياً. أظهرت النتائج أن خطر انزلاق الصدع خلال كل موسم تعبئة انخفض عاماً بعد عام، لأن الغاز المتحرك عدل الضغط داخل الصدع.

عمق الحقن يحدد المخاطر

اختبر الفريق 72 تركيبة من عمق الحقن ومعدل الضخ ونفاذية الصخور. أدى الحقن بالقرب من قمة الصدع، حيث يلتقي بطبقة الصخور المانعة، إلى دفع الصدع نحو الانزلاق في كل مرة. كانت الأعماق الضحلة والمتوسطة آمنة فقط عند أبطأ معدل، الذي يخزن كميات قليلة جداً. كما تسبب الحقن في القاع العميق بمشاكل بسبب تراكم الغاز في الصخور الضيقة هناك. أما الحقن عند عمق نحو 4400 متر فقد أعطى أفضل النتائج، حيث يقدر أن الصدع يمكنه استيعاب 350 إلى 480 مليون متر مكعب من الغاز، أي ما يعادل تقريباً ما كان يحويه طبيعياً، وفي بعض السيناريوهات أكثر.

فقدان ضئيل للهيدروجين المخزن

يمكن أن يختفي الهيدروجين المخزن بثلاث طرق: الذوبان في المياه الجوفية، الاستهلاك الميكروبي، أو التفاعل مع الكربون في الصخور لتكوين الميثان. افترضت المحاكاة تقديرات سخية لكل مسار، لذا يجب أن تكون الخسائر الحقيقية أقل. أظهرت النتائج أن نحو 1% من الغاز المذاب في الماء عاد معظمه عند السحب، بينما استهلك التفاعل مع الكربون أقل من 0.3%، والاستهلاك الميكروبي أقل من ذلك. مجتمعة، بقيت الخسائر تحت 2%، وهو ما يتوافق مع تاريخ الرواسب التي تحتفظ بما يقدر بين 5000 و50 ألف طن متري من الهيدروجين وتستمر في إطلاق الغاز دون علامات على النضوب.

خطوات مستقبلية وتجارب ميدانية مطلوبة

لا يزال النموذج يفتقر إلى بعض العمليات، مثل تغير نفاذية الصخور مع الإجهاد، وتفاصيل دقيقة بالقرب من الآبار، وإرهاق الصخور من تقلبات الضغط المتكررة التي قد تغير سلوك الصدع بعد عشر سنوات. عند سؤاله عن موعد محتمل للتخزين التجاري، قال هاو: "لا يمكنني إعطاؤك تاريخاً، وسأكون حذراً من أي شخص يفعل ذلك". ستحدد التجارب الميدانية والتكاليف الهندسية الجدول الزمني. نُشرت الدراسة كاملة في مجلة "وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم".