العلاقة بين معدلات تدفق الهيدروجين الطبيعي وجدوائية الإنتاج

لماذا يهم الهيدروجين الخفي

بينما تبحث العالم عن وقود نظيف بديل للنفط والغاز، يراهن بعض العلماء والشركات الناشئة على «الهيدروجين الطبيعي» — غاز الهيدروجين الذي يتكوّن في باطن الأرض بصورة ذاتية. إذا وُجدت جيوب كبيرة وميسرة الوصول، فقد توفر طاقة منخفضة الكربون من دون الحاجة لمصانع ضخمة أو مزارع شمسية واسعة. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً لكن حاسماً: هل تتقارب معدلات تدفق الهيدروجين الطبيعي التي نراها اليوم مع ما يلزم لتشغيل مشاريع طاقة على نطاق فعلي؟

طريقتان يخزن بهما الأرض الهيدروجين

يصِف المؤلفون سيناريوهين أساسيين لتواجد الهيدروجين تحت الأرض. في نظام متجدد ذاتياً، تتفاعل الصخور والمياه بسرعة كافية بحيث يعوّض الهيدروجين المتكون باستمرار ما يتسرّب أو يُضخ إلى السطح — فيمكن اعتباره موردًا متجددًا من الناحية النظرية. في نظام تراكم، يتسرب الهيدروجين من الصخور على مدى آلاف السنين ويتجمّع ببطء في مصائد تحت الأرض، على غرار حقول الغاز التقليدية. كلا النظامين يغذّيهما بشكل رئيسي تفاعلات بين الماء والصخور الغنية بالحديد والانقسام البطيء للماء بفعل الإشعاع الطبيعي. المجهول الرئيسي هو ما إذا كانت أي من هذه العمليات سريعة ومركّزة بما يكفي لدعم إنتاج على مستوى صناعي.

قياس ما يخرج فعلاً من الأرض

لإرساء النقاش على أرقام واقعية، جمع الفريق بيانات عالمية عن الهيدروجين الهارب من الشقوق والينابيع والمناجم والآبار. ميّزوا بين التدفق الإجمالي (كمية الأمتار المكعبة من الغاز التي تخرج سنوياً) والكتلة السطحية للتدفق (شدة التدفق لكل وحدة مساحة). حيث كان معروفاً فقط الكتلة السطحية، حوّلوها إلى تدفق إجمالي تقريبي. عبر بيئات جيولوجية مختلفة — من نوى القارات القديمة (القِطع القارية) إلى شرائح قشرة المحيط التي طُرحت على اليابسة (الأوفيولات) — تقع معظم القياسات ضمن نطاق بين مائة ألف وعشرة ملايين متر مكعب سنوياً. تصل مجموعة صغيرة من المواقع، مثل بعض مناطق الأوفيولات وبئر في مالي، إلى الطرف العلوي من هذا النطاق، وحتى تلك المواقع كثيراً ما تكون مختلطة مع غازات أخرى.

مقارنة الهيدروجين بالاقتصاديات الطبيعية للغاز

لأنه تكاد لا توجد بيانات مفتوحة من آبار مخصصة للهيدروجين، يقارن المؤلفون هذه التدفقات الطبيعية بما هو مألوف في صناعة الغاز الطبيعي. ينتج بئر غاز بري نموذجي في الولايات المتحدة عشرات الملايين من الأمتار المكعبة سنوياً؛ ويمكن للحقل العملاق أن يصل إلى مئات الملايين من الأمتار المكعبة لكل بئر سنوياً، غالباً على مدى عقود. تشير دراسات تقنية‑اقتصادية لمشاريع هيدروجين مستقبلية إلى أنه لكي يكون البئر الهيدروجيني منافساً، سيتطلب الأمر غالباً إنتاجاً على رتبة العشرة إلى المئة مليون متر مكعب من الهيدروجين سنوياً، وبنقاء عالٍ، لمدد عشرين إلى ثلاثين عاماً. عند رسم التدفقات المرصودة من الطبيعة مقابل محتواها من الهيدروجين، تقع تقريباً كل النقاط دون هذه العتبات الاقتصادية. فالتدفقات العالية عادةً ما تحتوي على نسب منخفضة من الهيدروجين، والهيدروجين النقي عالياً يظهر عادةً بمعدلات تدفق متواضعة.

كمية الهيدروجين التي تُنتجها الكوكب؟

ثم يوسع المؤلفون النظر من النطاق المحلي إلى الصورة العالمية. تقترح تقديرات حديثة أن العمليات الطبيعية في القشرة القارية قد تُنتج بضعة مليارات من الأمتار المكعبة من الهيدروجين سنوياً. لكن جزءاً كبيراً من ميزانية الهيدروجين العالمية يأتي من مناطق تكاد تكون غير قابلة للوصول، مثل قاع المحيط العميق أو البراكين تحت الماء، حيث يذوب أي غاز بسرعة في مياه البحر. بعد استبعاد هذه المناطق وخصم المصادر الافتراضية مثل «الهيدروجين البدائي» العميق من الوشاح الأرضي، تصبح كمية الهيدروجين التي قد تتراكم فعلياً على اليابسة أصغر بكثير. وبالاستعانة بالتشبيه مع النفط والغاز، حيث تُحتجز نسبة ضئيلة فقط من الهيدروكربونات المتكونة في مكامن قابلة للاستخراج، تقدر الدراسة أن عشرات الملايين من الأمتار المكعبة سنوياً قد تنتهي مخزنة في خزانات برية قابلة للاستخدام على مستوى العالم.

ملء خزانات صغيرة تحت الأرض ببطء

بجمع هذه الأرقام، يستنتج المؤلفون أن المكامن الجذابة اقتصادياً ربما تتطلب تراكمًا طويل الأمد بدلاً من تدفقٍ سريع متجدد. إذا كانت الصخور تحت الأرض تُولد نحو عشرة ملايين متر مكعب من الهيدروجين سنوياً، وفقط جزء ضئيل جداً من ذلك يتم احتجازه تحت ختم محكم، فقد يستغرق ملء حقل كافٍ لدعم الإنتاج التجاري لعقود زمنية نحو عشرات الآلاف من السنين. حتى في ظل افتراضات متفائلة جداً، يبقى المدى الزمني قروناً. وهذا يعني أن الرواسب الصالحة تجارياً ستكون على الأرجح تجمعات نادرة وطويلة العمر في مواقع جيولوجية محددة — مثل أحزمة أوفيولات معينة أو مناطق الشق أو قشرة قديمة مغطاة بطبقات ركامية سميكة — بدلاً من «آبار» طبيعية تتجدد بسرعة.

ما الذي يعنيه هذا لمستقبل الهيدروجين

لغير المتخصصين، الخلاصة أن الهيدروجين الطبيعي حقيقي وأحياناً وافر محلياً، لكن التدفقات التي نستطيع قياسها حالياً أبعد ما تكون عن المطلوب لتشغيل مشاريع طاقة واسعة النطاق بطريقة متجددة ذاتياً. تجادل الدراسة بأن مصادر الهيدروجين الأرضية المتجددة حقاً والتي تعيد ملء نفسها باستمرار من غير المرجح أن تزود طاقة تجارية كبيرة. وبدلاً من ذلك، إذا لعب الهيدروجين الطبيعي دوراً في أنظمة الطاقة المستقبلية، فسيشبه إلى حد كبير الغاز التقليدي: استكشاف مركز للعثور على تجمعات نادرة، وتقييم دقيق لأداء الآبار على المدى الطويل، والانتباه للبنية التحتية المساندة والمنتجات المصاحبة مثل الهيليوم أو الحرارة الجيوحرارية.

الاستشهاد: Franke, D., Klitzke, P., Bagge, M. et al. The relationship between natural hydrogen flow rates and production viability. Sci Rep 16, 3036 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36749-y

الكلمات المفتاحية: الهيدروجين الطبيعي, الطاقة الجيولوجية, خزانات الغاز تحت الأرض, استكشاف الهيدروجين, التحول الطاقي