Το 1987, ένας εργάτης άναψε ένα τσιγάρο δίπλα σε ένα νέο πηγάδι νερού κοντά στο χωριό Μπουρακέμπουγκου στο Μάλι, αλλά καθώς το έκανε, μια έκρηξη αντήχησε μέσα στο πηγάδι.
Τώρα γνωρίζουμε ότι αυτό οφειλόταν σε προηγουμένως απαρατήρητα νέφη εύφλεκτου υδρογόνου που αναδύονταν από μια δεξαμενή αερίου κάτω από την τρύπα. Το πηγάδι σφραγίστηκε και εγκαταλείφθηκε προσωρινά.
Στη συνέχεια, το 2011, η εταιρεία πετρελαίου και φυσικού αερίου Petroma (η οποία αργότερα μετονομάστηκε σε Hydroma) το αποσφράγισε για να εξετάσει αν μπορούσαν να εξάγουν υδρογόνο με κέρδος. Μέχρι το 2012, η εταιρεία είχε αναπτύξει το πηγάδι για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια για το Bourakebougou, και το χωριό εξακολουθεί να βασίζεται σε αυτό το υδρογόνο για την τροφοδοσία του σήμερα.
Το πηγάδι του Bourakebougou είναι το πρώτο και μοναδικό παραγωγικό πηγάδι υδρογόνου στον κόσμο. Αναμεμειγμένο με οξυγόνο σε κυψέλες καυσίμου, το υδρογόνο —το μικρότερο και απλούστερο μόριο που υπάρχει— μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια χωρίς εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και με μόνα υποπροϊόντα τη θερμότητα και το νερό. Αυτό καθιστά το υδρογόνο μια καθαρή πηγή ενέργειας, και η ζήτηση για αυτό αναμένεται να πενταπλασιαστεί έως το 2050 για την παραγωγή μικροηλεκτρονικών, την τροφοδοσία βιομηχανιών, και την κίνηση οχημάτων και κτιρίων.
Το υδρογόνο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και πολύ δραστικό, οπότε οι επιστήμονες πίστευαν από καιρό ότι δεν συσσωρευόταν μέσα στον φλοιό της Γης με τον ίδιο τρόπο που συσσωρεύονται τα ορυκτά καύσιμα. Αλλά η ανακάλυψη στο Bourakebougou, μαζί με πιο πρόσφατα ευρήματα, έχει αλλάξει εντελώς αυτό το παράδειγμα.
Οι εταιρείες εξερεύνησης πόρων σπεύδουν τώρα να βρουν κοιτάσματα φυσικού υδρογόνου, γνωστού και ως “χρυσού” υδρογόνου. Για να τις βοηθήσουν, οι επιστήμονες έχουν αναγνωρίσει τα βασικά “συστατικά” που απαιτούνται για τον σχηματισμό τέτοιων συσσωρεύσεων.
Και χάρη σε αυτή τη γνώση, τεχνικές για την ενίσχυση ή τη μίμηση της φυσικής παραγωγής υδρογόνου που κάποτε θεωρούνταν ανέφικτες κερδίζουν έδαφος, ανέφεραν ειδικοί στο Live Science. «Βρίσκουμε όλο και περισσότερα όσο περισσότερο αρχίζουμε να ψάχνουμε γι’ αυτό», δήλωσε στο Live Science ο Geoffrey Ellis, πετρελαϊκός γεωχημικός στην Αμερικανική Γεωλογική Υπηρεσία.
Αλλαγή παραδείγματος
Το υδρογόνο είναι μια πηγή ενέργειας, αλλά είναι επίσης ένα κρίσιμο συστατικό των λιπασμάτων, του επεξεργασμένου πετρελαίου και των καυσίμων πυραύλων. Η βιομηχανία παράγει σχεδόν όλο το υδρογόνο της θερμαίνοντας φυσικό αέριο με ατμό για να σχηματιστεί ένα μείγμα υδρογόνου και μονοξειδίου του άνθρακα από το οποίο μπορεί να εξαχθεί το υδρογόνο.
Αυτή η μέθοδος παράγει “γκρι” υδρογόνο και διοχετεύει περίπου 1 δισεκατομμύριο τόνους (920 εκατομμύρια μετρικούς τόνους) διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα κάθε χρόνο —που ισοδυναμεί με το 2,4% των παγκόσμιων ετήσιων εκπομπών.
Θεωρητικά, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μπορούν να αντικαταστήσουν το φυσικό αέριο για την παραγωγή “πράσινου” υδρογόνου, ενώ το “μπλε” υδρογόνο παρασκευάζεται από ορυκτά καύσιμα αλλά με δέσμευση άνθρακα, που σημαίνει ότι ο άνθρακας δεν εισέρχεται στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, αυτά μαζί αποτελούν μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό της παγκόσμιας παραγωγής υδρογόνου. «Το υδρογόνο είναι μια καθαρή πηγή ενέργειας, αλλά το πώς αποκτάς το υδρογόνο σου είναι κρίσιμο», δήλωσε στο Live Science ο Chris Ballentine, καθηγητής γεωχημείας στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.
Ωστόσο, μια νέα πηγή υδρογόνου θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά το αποτύπωμα άνθρακα της βιομηχανίας, καθώς αποδεικνύεται ότι τεράστιες ποσότητες υδρογόνου μπορούν να συσσωρευτούν κάτω από το έδαφος. Οι επιστήμονες γνώριζαν από καιρό ότι τα πετρώματα στον φλοιό της Γης παράγουν υδρογόνο, αλλά οι ειδικοί κατέληγαν προηγουμένως στο συμπέρασμα ότι το αέριο δεν μπορούσε να συλλεχθεί σε κοιτάσματα επειδή μόνο μικροσκοπικές συγκεντρώσεις του βρίσκονταν σε πηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η ανακάλυψη στο Μάλι ανέτρεψε αυτή τη θεωρία. Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι τα μέρη όπου οι εταιρείες τρυπούν για πετρέλαιο και φυσικό αέριο δεν είναι τα καλύτερα μέρη για να βρουν υδρογόνο.
Τεράστια κοιτάσματα περιμένουν να ανακαλυφθούν
Η ανακάλυψη στο Μάλι έχει ξεκινήσει ένα παγκόσμιο κυνήγι για κοιτάσματα υδρογόνου. Αλλά πριν οι γεωλόγοι ξεκινήσουν δαπανηρά έργα εξερεύνησης, χρειάζονται μια εκτίμηση για το πόσο υδρογόνο μπορεί να κρύβεται υπόγεια.
Νέες εκτιμήσεις υποδηλώνουν ότι πρόκειται για εκπληκτική ποσότητα. Ο ηπειρωτικός φλοιός της Γης έχει παράξει αρκετό υδρογόνο κατά τη διάρκεια του τελευταίου 1 δισεκατομμυρίου ετών ώστε να καλύψει τις τρέχουσες ενεργειακές ανάγκες της κοινωνίας για 170.000 χρόνια, σύμφωνα με μια πρόσφατη ανασκόπηση του Ballentine και των συναδέλφων του. Παρόλο που μεγάλο μέρος αυτού του υδρογόνου έχει διαφύγει στην ατμόσφαιρα, ο αριθμός αυτός «αποτελεί ένα σημείο εκκίνησης για να κατανοήσουμε ότι η παραγωγή υδρογόνου στον φλοιό είναι σημαντική», δήλωσε ο Ballentine.
Ωστόσο, πόσο από αυτό το υδρογόνο έχει απομείνει στον φλοιό της Γης; Το 2024, ο Ellis και οι συνάδελφοί του υπολόγισαν ότι ο πλανήτης περιέχει 6,2 τρισεκατομμύρια τόνους (5,6 τρισεκατομμύρια μετρικούς τόνους) υδρογόνου, ή περίπου 26 φορές την ποσότητα του πετρελαίου που είναι γνωστό ότι έχει απομείνει στο έδαφος. Το πού βρίσκονται αυτά τα αποθέματα υδρογόνου είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστο. Τα περισσότερα είναι πιθανώς πολύ βαθιά ή πολύ μακριά από την ακτή για να είναι προσβάσιμα, και ορισμένα κοιτάσματα ίσως είναι πολύ μικρά για να αξίζει η εξόρυξή τους —αλλά οι ερευνητές τόνισαν ότι μόλις το 2% του συνολικού υδρογόνου θα μπορούσε να αντικαταστήσει τα τρέχοντα ορυκτά καύσιμά μας για 200 χρόνια.
«Το δυναμικό που υπάρχει εκεί κάτω είναι αρκετά, αρκετά μεγάλο», είπε ο Ellis. «Επιπλέον, το φυσικό υδρογόνο, σε αντίθεση με τον τύπο που παράγεται μέσω βιομηχανικών διεργασιών, διαθέτει ενσωματωμένη αποθήκευση επειδή βρίσκεται στον φλοιό της Γης. Έχει επίσης πολύ μικρότερο αποτύπωμα άνθρακα από το βιομηχανικά παραγόμενο υδρογόνο, με τις εκπομπές να προέρχονται μόνο από την εξόρυξη», είπε ο Ellis.
Τα συστατικά
Τον Ιανουάριο του 2025, ο Ellis και οι συνάδελφοί του δημοσίευσαν έναν χάρτη που δείχνει πού θα μπορούσαν να υπάρχουν κοιτάσματα υδρογόνου στις 48 νότιες πολιτείες των ΗΠΑ. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δεδομένα βαρύτητας και μαγνητικών σημάτων για να εκτιμήσουν τη σύνθεση των πετρωμάτων σε ολόκληρο τον φλοιό της Γης και να προσδιορίσουν πού μπορεί να έχει μεταναστεύσει το υδρογόνο υπόγεια. «Αυτή ήταν η πρώτη φορά που κάποιος επιχείρησε να κάνει αυτού του είδους την άσκηση χαρτογράφησης», δήλωσε ο Ellis.
Οι ερευνητές εκτίμησαν την πιθανότητα ύπαρξης παραγωγικών κοιτασμάτων υδρογόνου, γνωστή ως «προοπτικότητα»(prospectivity), με βάση έξι γεωλογικές απαιτήσεις που δημιουργούν και παγιδεύουν υδρογόνο στον φλοιό της Γης. Στον χάρτη, η προοπτική κυμαίνεται από το 0 έως το 1, με το 0 να σημαίνει ότι πιθανότατα δεν υπάρχει υδρογόνο και το 1 να υποδεικνύει ότι το υδρογόνο είναι πολύ πιθανό να υπάρχει. Για να σχηματιστεί ένα κοίτασμα υδρογόνου, η πρώτη και η δεύτερη απαίτηση είναι μια περιοχή να έχει άφθονα υπόγεια ύδατα και πετρώματα που παράγουν υδρογόνο.
Η απαίτηση για νερό περιορίζει την παραγωγή υδρογόνου στα ανώτερα 16 χιλιόμετρα του φλοιού, δήλωσε στο Live Science ο Oliver Warr, επίκουρος καθηγητής γεωχημείας στο Πανεπιστήμιο της Οτάβα. Τα καλύτερα πετρώματα παραγωγής υδρογόνου είναι αυτά που είναι πλούσια σε σίδηρο, τα οποία παράγουν υδρογόνο μέσω “αντιδράσεων ενυδάτωσης”, όπου το νερό αντιδρά με τα πετρώματα.
Άλλες καλές πηγές υδρογόνου είναι τα πετρώματα πλούσια σε ουράνιο και θόριο, τα οποία παράγουν σωματίδια άλφα καθώς τα ραδιενεργά στοιχεία διασπώνται. Αυτά τα σωματίδια άλφα μπορούν στη συνέχεια να διασπάσουν το νερό σε οξυγόνο και υδρογόνο — μια διαδικασία γνωστή ως ραδιόλυση, είπε ο Warr. Τα πετρώματα πλούσια σε σίδηρο περιλαμβάνουν τον βασάλτη και τον γάββρο.
Ο μανδύας της Γης, το στρώμα κάτω από τον φλοιό, θερμαίνει τα υπόγεια ύδατα, παράγοντας ατμό που αντιδρά με τον σίδηρο και δημιουργεί υδρογόνο. Τα πετρώματα πλούσια σε ουράνιο και θόριο περιλαμβάνουν τους γρανίτες, και αυτά μπορούν να πυροδοτήσουν τη ραδιόλυση του νερού. Η τρίτη απαίτηση είναι τα μητρικά πετρώματα να είναι πολύ, πολύ ζεστά — μεταξύ 480 και 570 βαθμών Φαρενάιτ (250 έως 300 βαθμών Κελσίου), κάτι που εγγυάται γρήγορους ρυθμούς αντίδρασης, δήλωσε ο Ellis.
Τέταρτον, η περιοχή πρέπει να διαθέτει πετρώματα ταμιευτήρες (reservoir rocks) που μπορούν να συγκρατήσουν το υδρογόνο αφότου παραχθεί και μεταναστεύσει μέσω του φλοιού. Tα πετρώματα ταμιευτήρες είναι συνήθως πορώδεις ψαμμίτες, αλλά και άλλοι τύποι πετρωμάτων μπορούν να λειτουργήσουν εάν είναι έντονα κατακερματισμένοι, δήλωσε ο Ellis.
Το πέμπτο κριτήριο για τον σχηματισμό ενός κοιτάσματος υδρογόνου είναι μια αδιαπέραστη “σφράγιση” για να παγιδεύσει το αέριο μέσα στο κοίτασμα. «Κάτι σαν σχιστόλιθος, ή ίσως αλάτι, θα ήταν πραγματικά ιδανικό να βρίσκεται πάνω από αυτό το πορώδες πέτρωμα», είπε ο Ellis. Είναι κρίσιμο, η σφράγιση πρέπει να υπάρχει όταν παράγεται το υδρογόνο, διαφορετικά το αέριο διαφεύγει στην ατμόσφαιρα, είπε.
Η έκτη και τελική συνθήκη είναι να υπάρχει ελάχιστη μικροβιακή δραστηριότητα εκεί όπου παράγεται και συσσωρεύεται το υδρογόνο, επειδή τα μικρόβια καταναλώνουν το υδρογόνο, είπε ο Warr. Αυτές οι έξι συνθήκες, ή συστατικά, εμφανίζονται σε όλες τις ηπείρους, είπε ο Ballentine. Επί του παρόντος, οι εταιρείες υδρογόνου τρυπούν ερευνητικά πηγάδια κυρίως στο Midcontinent Rift —όπου η Βόρεια Αμερική ξεκίνησε, αλλά τελικά απέτυχε, να διαχωριστεί πριν από 1 δισεκατομμύριο χρόνια— το οποίο είναι άφθονο σε πετρώματα πλούσια σε σίδηρο.
Τα επόμενα βήματα στην έρευνα
Οι ερευνητές διερευνούν επίσης κοιτάσματα υδρογόνου στο Oman, όπου υπάρχουν οφιόλιθοι. Γεωλόγοι του πανεπιστημίου του Κολοράντο, πραγματοποιούν ένα πιλοτικό έργο στη χώρα για να δοκιμάσουν τη σκοπιμότητα της παραγωγής “διεγερμένου υδρογόνου” (stimulated hydrogen), είπε ο Ellis. Η παραγωγή διεγερμένου υδρογόνου αντλεί έμπνευση από όσα έχουν μάθει οι επιστήμονες σχετικά με τη γεωλογία που παράγει και συσσωρεύει υδρογόνο.
Περιλαμβάνει την έγχυση νερού στον φλοιό της Γης για να ενεργοποιηθούν είτε αντιδράσεις ενυδάτωσης είτε ραδιόλυση. Πριν από ένα χρόνο, οι άνθρωποι στη βιομηχανία του υδρογόνου ήταν δύσπιστοι ότι η παραγωγή διεγερμένου υδρογόνου θα υλοποιούνταν ποτέ, είπε ο Ellis. Αλλά τώρα, «έχω δει μεγάλη αλλαγή», είπε.
«Αν μπορέσουμε να βρούμε φυσικό υδρογόνο και να το εξάγουμε, το αέριο θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές σε ένα ευρύ φάσμα τομέων. Για παράδειγμα, άφθονο υδρογόνο βρίσκεται σε ορυχεία, επειδή εκεί οι άνθρωποι τρυπούν βαθύτερα στον φλοιό, οπότε το αέριο θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τις εργασίες εξόρυξης», είπε ο Warr.
Το φυσικό υδρογόνο θα μπορούσε επίσης να μειώσει δραστικά τις εκπομπές από βιομηχανίες όπως η κατασκευή λιπασμάτων. «Αν μπορούμε να αντικαταστήσουμε το υδρογόνο που παράγεται από υδρογονάνθρακες με καθαρό υδρογόνο, τότε μπορούμε πολύ γρήγορα να κάνουμε τεράστια διαφορά», είπε ο Ballentine. Το φυσικό υδρογόνο δεν θα λύσει την κλιματική κρίση, αλλά μπορεί να μετριάσει ορισμένους από τους κινδύνους. «Πρέπει να αποτελεί μία από τις πολλές στρατηγικές», είπε ο Warr. «Απλώς χρειάζεται να κατανοήσουμε το πραγματικό του δυναμικό και πώς μπορεί να αξιοποιηθεί με τον καλύτερο τρόπο».
Ορισμένα από τα βασικά ζητήματα που πρέπει να εξετάσουν οι εταιρείες είναι κατά πόσον τα οφέλη από την ανάπτυξη φυσικών κοιτασμάτων υδρογόνου, όταν εντοπίζονται, δικαιολογούν το κόστος κατασκευής εγκαταστάσεων παραγωγής επί τόπου ή τη μεταφορά του αερίου στις βιομηχανίες που το χρειάζονται.
«Αν βρίσκεστε σε απομακρυσμένη περιοχή και ανακαλύψετε ένα μεγάλο κοίτασμα αερίου, ίσως και πάλι να μην αξίζει να το παράγετε, επειδή το κόστος μεταφοράς του υδρογόνου στην αγορά είναι υπερβολικά μεγάλο», είπε ο Ballentine. «Υπάρχει ένας συμβιβασμός». Παρ’ όλα αυτά, οι ειδικοί εμφανίζονται αισιόδοξοι. «Υπάρχουν, νομίζω, πάνω από δώδεκα γεωτρήσεις που έχουν γίνει πλέον στις ΗΠΑ», είπε ο Ellis. «Έχουν εντοπίσει πολύ υδρογόνο».