かつては石油と天然ガスで満たされていた膨大な量の多孔質の砂岩の貯留層が、現在は別の炭素を含まない燃料である水素で満たされているところを想像してみてください。サンディア国立研究所の科学者たちは、コンピューターシミュレーションと実験室実験を利用して、枯渇した石油と天然ガスの貯留層をこのカーボンフリー燃料の貯蔵に使用できるかどうかを判断しています。

水素は重要なクリーン燃料です。太陽光発電や太陽光発電を使って水を分解することで生成できます。風力、発電して重工業に動力を供給するために使用でき、燃料電池ベースの車両の動力としても使用できる可能性があります。さらに、水素は数カ月間貯蔵でき、エネルギー需要が再生可能エネルギー源による供給を上回った場合に使用できる。

研究を主導するサンディアの化学エンジニア、トゥアン・ホー氏は「水素は季節限定および長期保存に適しているだろう」と述べた。「考えてみれば太陽エネルギー, 夏にはたくさんの電気を作ることができますが、暖房にはあまり必要ありません。余剰分は水素に変えて冬まで保管できます。」

しかし、水素は、天然ガスやプロパンなどの炭素ベースの燃料に比べて、一定の体積中に含まれる「衝撃」がはるかに少なく、圧縮するのがはるかに難しいとホー氏は述べた。これは、地表の金属タンクに大量の水素を貯蔵することは現実的ではないことを意味すると付け加えた。

水素は塩の洞窟の地下に貯蔵できるが、塩の堆積は米国全土には広がっていない、とサンディアの地下水素貯蔵事業のマネージャー、ドン・コンリー氏は語った。したがって、ホー教授のチームは、枯渇した石油やガスの貯留層に貯蔵されている水素が岩石に突き刺さったり、漏れたり、汚染されたりするかどうかを研究している。

ホー氏のチームは最近、研究結果を論文で共有しました出版されたで水素エネルギー国際ジャーナル。

漏れやすい石や安全な保管場所

研究チームはまず、多くの石油・ガス貯留層の周囲の地盤やシールを形成している砂岩や頁岩に水素が滞留するか、漏れ出すかどうかを研究した。砂岩は、長い年月をかけて圧縮された砂サイズの鉱物や岩石の粒子で構成されています。砂岩には粒子間に多くの隙間があるため、帯水層に水を貯めたり、石油やガスの貯留層を形成したりできます。頁岩は泥を岩石に圧縮したもので、粘土を豊富に含む鉱物のより小さな粒子で構成されています。

したがって、頁岩は砂岩の周囲にシールを形成し、砂岩を閉じ込めることができます。「水素を注入した場所に留まらせたいのです」とホー氏は言う。「保管ゾーンから移動して紛失することは望ましくありません。それは単なるお金の無駄であり、保管施設にとって大きな懸念事項です。」

オクラホマ大学のホー氏の共同研究者らは、実験を利用して、水素が砂岩や頁岩のサンプルとどのように相互作用するかを研究した。水素は汲み出された後に砂岩の内部に留まらないが、吸着されたガスの最大10％がシェールサンプルの内部に滞留していることが判明した、とホー氏は述べた。彼のコンピュータシミュレーションにより、これらの結果が確認されました。

ホー氏は、石油やガスの貯留層周囲の頁岩によく見られる特定の種類の粘土を詳しく調べて、コンピュータシミュレーションモンモリロナイト粘土、水、水素の層間の分子相互作用の研究。彼は、水素がその種の粘土の鉱物層間の水の隙間に入りたがらないことを発見しました。

これは、粘土に引っかかったり、粘土の中を移動したりすることによる粘土中の水素の損失はごくわずかであることを意味するとホー氏は述べた。これは水素の地下貯蔵にとって非常に前向きです。粘土に関するこれらの発見は、出版された去年の日記に持続可能なエネルギーと燃料。

分子シミュレーション結果を確認するために、スティーブンス工科大学とオクラホマ大学で追加の吸収実験が行われているとホー氏は付け加えた。

汚染のリスク

ホー氏のチームは実験とシミュレーションの両方を用いて、枯渇した天然ガス貯留層に水素を注入すると、残留天然ガスが岩石から水素中に放出される可能性があることを発見した。これは、使用のために水素を取り出すと、少量の天然ガスが含まれることを意味するとホー氏は述べた。

「天然ガスにはまだエネルギーがあるので、それほどひどいことではありませんが、炭素が含まれているため、この水素が燃焼すると、少量の二酸化炭素が発生します」とホー氏は言う。「それは私たちが認識する必要があることです。」

ホー氏のチームは主にサンディアの博士研究員アディティア・チョードリー氏で、現在、劣化した石油に対する水素の影響を研究している。貯水池分子シミュレーションと実験の両方を使用して、残留油がどのように水素ガスを汚染したり、水素ガスと相互作用したりするのかを調べます。

エネルギー省化石エネルギー・炭素管理局のサンディア部門の地下水素評価・貯蔵・技術担当マネージャーのコンリー氏は、この研究結果は、地下水素貯蔵の大規模な現場規模の試験に情報を提供し、導くために使用できると述べた。アクセラレーション (SHASTA) プロジェクト。

SHASTA プロジェクトは、将来、このような現場規模の試験を実施して、劣化した石油と石油の可能性を実証する予定です。天然ガス水素の貯蔵庫ストレージと彼は付け加えた。

枯渇した石油貯留層内の微生物や他の化学物質が貯蔵された水素とどのように相互作用するかを理解するには、追加の研究が必要であるとホー氏は述べた。

「水素経済を生み出したいなら、大量の水素を貯蔵する広範囲に分散された手段が本当に必要だ」とコンリー氏は付け加えた。「塩が存在する場所での貯蔵は優れていますが、それが唯一の選択肢というわけにはいきません。そこで、私たちは大量の塩を貯蔵するためのより地質学的に分散された手段として、枯渇した石油やガスの貯留層や帯水層に目を向けています。」水素。それはすべて、エネルギー部門の脱炭素化の名の下にあるのです。」詳細情報: