アイスランドのCarbfix施設
オクサナ・バリウケヴィシエン/アラミー
再生可能電力では電力を供給できないプロセスのために、私たちはクリーンな水素を切実に必要としています。そして、二酸化炭素を閉じ込めながら、同時に地下深くの岩石から大量の水素を生成することも可能かもしれません。
テキサス大学オースティン校の研究者らは、実験室研究で、このプロセスが 1 つの一般的な岩石タイプに有効であることを示しました。彼らは現在、企業と協力して実地試験を進めたいと考えている。
「私たちは、CO2を排除しながら水素を経済的に生成できることを証明したいと考えています」とチームメンバーのオルソリヤ・ゲレンセル氏は言う。同時に地熱エネルギーを生成することも可能かもしれない、と彼女は言う。
水素を燃やしても水しか発生しないため、地球温暖化の原因にはなりません。したがって、水素は、たとえば肥料生産や鉄鋼生産などの工業プロセスにおける炭素削減を支援することにより、ネットゼロを達成する上で中心的な役割を果たすことができます。
問題は、今日の水素のほとんどが化石燃料から作られており、その製造中に大量の CO2 が排出されることです。これらの排出を回避する 1 つの方法は、風力や太陽光発電を利用して水を分解し、水素と酸素を生成することです。
これは行われ始めていますが、この方法で生成された水素は今のところより高価です。それを大規模に生産するには、大量の再生可能エネルギーも必要となるため、石炭火力発電所の代替など、他の目的に利用できるグリーンエネルギーが減少することを意味します。
したがって、最近では天然水素または地質水素に関心が集まっています。いくつかのプロセスにより岩石中に水素が生成され、適切な条件下では、天然ガスと同様の方法でガスが蓄積および放出されます。クリーンで安価になる可能性がありますが、どのくらいの量の天然水素を摂取すればよいのかはまだ誰も知りません。膨大な量が開発を待っている可能性があると考える研究者もいるが、ゲレンセル氏を含む他の研究者は、天然の水素資源は限られている可能性があると考えている。
ほぼ純粋な天然水素が生産および使用されている唯一の場所は、ボルカボゴと呼ばれるマリの村であり、その規模はごく小規模です。
「これは非常に特殊なケースだと思います」とグレンチャー氏は言う。水素は通常、低い速度で生成され、その分子は小さいため、上にある岩石が良好なシールを提供することはほとんどなく、水素が蓄積することはほとんどないと彼女は言います。
したがって、世界中の多くのグループが現在、水素が自然に発生するのを待つのではなく、岩石から水素を生成する方法に取り組んでいます。このアプローチは刺激水素生成として知られており、すでにさまざまな方法の試験が進行中です。
これを行う 1 つの方法は、水を地下に汲み上げることです。水は特定の種類の岩石と反応して蛇紋岩化と呼ばれるプロセスで水素を形成し、これが多くの天然水素の供給源となります。より多くの水を汲み上げると、プロセスがスピードアップします。
グレンチャーらが気づいたのは、水に加えられた二酸化炭素は岩石と反応し、炭酸塩の形で閉じ込められる必要があるということだった。 Carbfixと呼ばれる企業は、アイスランドで地熱発電所の地下から汲み上げられた水にCO2を添加することで、すでにCO2を鉱物化している。
グレンチャーと彼女の同僚は現在、鉄分が豊富な一種の火山岩を使用して臨床検査を行っています。彼らは、深部の状態をシミュレートするために、1.2～1.7メガパスカルで加圧し90℃に加熱した容器に岩石サンプルを置き、対照としてCO2を含む水または不活性ガスのアルゴンを含む水を加えた。 CO2 が豊富な水はより多くの水素を放出しました。これはおそらく、CO2 が炭酸を形成し、岩石の一部を溶解し、より多くの水が岩石と反応できるようにするためです。予想通り、CO2の鉱化があり、触媒として塩化ニッケルを添加することで水素生成をさらに増加させることができる、とゲレンセル氏は最近ウィーンで開かれた欧州地球科学連合の会合で述べた。
研究者らは、理論的には水と岩石の反応から得られる水素の約0.5パーセントを放出することができた。彼らは、このプロセスを実行可能にするには、それを 1% まで高める必要があると考えています。これを行うための 1 つの方法は、温度がより高い深部に進むことです。そうすることで蛇紋岩化が改善されるからです、とゲレンセル氏は言います。コストは高くなりますが、より高い温度を地熱発電に利用することも可能かもしれません。
世界中には、この種の鉄が豊富な岩石が膨大に存在しており、効率が 1% であっても、現在世界中で生産されている 1 億トンよりもはるかに多くの水素を生産できる可能性があります。
「素晴らしい研究だ」とトロント大学のバーバラ・シャーウッド・ロラー氏は言う。
英国オックスフォード大学のアリアクセイ・パトニア氏は、「地質学的水素生産の強化とCO2鉱化を組み合わせたアプローチへの関心が確実に高まっている」と語る。 「多くのグループや新興企業が、このアイデアのバリエーションを模索しています。」
Carbfix のように、企業がこの方法で CO2 を固定するために料金を請求できれば、追加の収益によってリスクが軽減され、プロジェクトが投資家にとってより魅力的なものになるだろうとペチュニア氏は言う。しかし、どちらのアプローチも持続可能かどうかはまだ分からない。
シャーウッド・ロラー氏は、私たちが知っている少量の天然水素を活用するだけでなく、刺激された水素生成を探求する必要があると考えています。そのチームは、例えばオンタリオ州ティミンズの鉱山から年間約140トンの水素が排出されており、それが地元で利用できることを示したばかりだ。
「特効薬はありません」と彼女は言う。 「これらの潜在的なアプローチはそれぞれ貢献できるし、そうすべきであり、私たちはそれらに迅速に取り組む必要があります。」
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