בעולם המודרני, אספקה של גז מימן חיונית לתפקוד החברה. דשן המופק ממימן תורם לאספקת המזון של מחצית מאוכלוסיית העולם. בנוסף לכך, מימן מהווה מרכיב אנרגטי מרכזי בתוכניות רבות שעוסקות במטרת-העל: עולם נקי מפליטות גזי חממה (בדגש על פחמן דו-חמצני), כך שהוא חיוני במניעת התחזיות הגרועות ביותר של שינויי האקלים.
כיום, מימן מופק מפחמימנים (תרכובות אורגניות המכילות אך ורק אטומי פחמן ומימן), בעוד שלמימן "נקי" ממאגרים תת-קרקעיים יש טביעת רגל פחמנית קטנה בהרבה, מכיוון שהוא מופק באופן טבעי. הביקוש למימן צפוי לעלות מ-90 מיליון טונות בשנת 2022 ל-540 מיליון טונות בשנת 2050.
3 צפייה בגלריה
מימן טבעי המשתחרר באופן טבעי על פני כדור הארץ ממי תהום בסלעים של המגן הקנדי (מגן גאולוגי החופף לאזור גאוגרפי הממוקם בקנדה ובארה"ב, שבנוי מסלע מותמר, המתוארך לעידן העל פרקמבריון)
(צילום: Stable Isotope Lab University of Toronto)
חוקרים מצאו כי במיליארד השנים האחרונות, גז מימן הופק על ידי קרום כדור הארץ בכמות מספקת כדי לספק את צרכי האנרגיה של האנושות במשך לפחות 170 אלף שנים. מה שעדיין לא ברור הוא כמה מהמימן הזה נגיש, על מנת להפיק ממנו תועלת רווחית.
בעוד שחלק מכמות זו אבדה, נצרכה או כלל איננה נגישה כיום, המימן הנותר יכול להוות מקור טבעי (ונטול פליטות) למשאב טבעי זה. צוות מטעם אוניברסיטת אוקספורד, אוניברסיטת דרהאם ואוניברסיטת טורונטו, גיבש רשימה של תנאים גאולוגיים המעוררים את היצירה וההצטברות של גז מימן טבעי מתחת לפני הקרקע, דבר שאמור להקל על חיפוש אחר מאגרים טבעיים.
בדומה לאסטרטגיית חיפוש אחר הליום, סברו החוקרים כי ניתן ליישם זאת גם עבור מציאת מימן. "המחקר מתאר את המרכיבים המרכזיים שחברות צריכות לשקול בעת פיתוח אסטרטגיות החיפוש שלהן, כולל תהליכים שדרכם מימן עשוי לנוע או להיהרס מתחת לאדמה", הסביר פרופ' ג'ון גלויאס מאוניברסיטת דרהאם.
3 צפייה בגלריה
באר מים נטושה במונטנה שבארה"ב. מדידת גזים מומסים במי תהום עשויה לסייע בגילוי מימן טבעי
(צילום: Chris Ballentine, University of Oxford)
במחקר שפורסם בכתב העת המדעי Nature Reviews Earth & Environment, סברו מחבריו כי תהליכים טקטוניים וזרימת חום גבוהה עשויים לשחרר מימן עמוק מקרום כדור הארץ. "זה עוזר להביא את המימן לפני השטח הקרובים, שם הוא עשוי להצטבר וליצור משאב מסחרי", אמר פרופ' כריס באלנטיין מאוניברסיטת אוקספורד.
התנאים הספציפיים להצטברות וייצור גז מימן הם מה שמספר חברות - בין היתר Koloma שפועלת במימון קרן ההשקעות בטכנולוגיה נקייה של ביל גייטס (Breakthrough Energy Ventures) - בוחנות בקפידה, מה שעשוי להשתנות עבור סביבות גאולוגיות שונות.
מאגרי מימן טבעיים דורשים שלושה יסודות מרכזיים להיווצרות: מקור מימן, סלעי מאגר וחותמות טבעיות הלוכדות את הגז מתחת לאדמה. "ישנם תריסר תהליכים טבעיים שיכולים ליצור מימן, כשהפשוט שבהם הוא תגובה כימית המפצלת מים למימן וחמצן - וכל סוג של סלע המארח לפחות אחד מהתהליכים הללו הוא מקור מימן פוטנציאלי", הסביר פרופ' באלנטיין.
"חיידקים תת-קרקעיים ניזונים בקלות ממימן. הימנעות מסביבות המביאות אותם במגע עם המימן חשובה בשימור מימן בהצטברויות כלכליות", הוסיפה פרופ' ברברה שרווד לולאר מאוניברסיטת טורונטו. "מקום אחד שמושך עניין רב הוא קנזס, שם נוצר בקע תת-קרקעי לפני כמיליארד שנים. מדובר בהצטברות עצומה של סלעים (בעיקר בזלת) שיכולים להגיב עם מים ליצירת מימן", ציין פרופ' באלנטיין.
3 צפייה בגלריה
השוואה בין מימן מסחרי למימן טבעי
(איור: מתוך כתב העת Nature Reviews Earth & Environment)
מקורות מסוימים של גז מימן, כמו אלה שבמעטפת כדור הארץ, הציתו ספקולציות והגזמות רבות - אך מחקר זה מראה שאלה אינם מקורות בני-קיימא. במקום זאת, המחברים הראו כי ניתן למצוא את המרכיבים למערכת מימן שלמה במגוון סביבות גאולוגיות נפוצות בתוך הקרום של כדור הארץ.
חלקן יכולות להיות צעירות למדי מבחינה גאולוגית (מיליוני עד עשרות מיליוני שנים), בעוד שאחרות עשויות להיות בנות מאות מיליוני שנים. "ניתן לדמות את שילוב המרכיבים כדי למצוא מימן מצטבר בכל אחת מהסביבות השונות לבישול סופלה - אם תטעו באחד המרכיבים, בכמויות, בתזמון או בטמפרטורה, רוב הסיכויים שתתאכזבו", אמר פרופ' באלנטיין. "מתכון מוצלח שניתן יהיה לחזור עליו, יפתח מקור מימן דל-פחמן ותחרותי מבחינה מסחרית, שיתרום משמעותית למעבר האנרגיה - יש לנו את הניסיון הנכון לשלב את המרכיבים כדי למצוא את המתכון הזה".
