En ny studie som publicerats av forskare vid US Geological Survey (USGS) hävdar att det kan finnas biljoner ton väte begravt i stenar och avlagringar under jordens yta. Forskarna tror att endast en liten del av denna vätgas skulle kunna tillgodose vår civilisations energibehov i århundraden. Forskarna medger dock att det ännu inte är känt var dessa reserver finns.
Vätgas är en av de mest lovande energikällorna för vår framtid. Experter säger att införandet av vätgas kommer att hjälpa oss att lindra energikrisen och att det är ett viktigt verktyg för att minska utsläppen av växthusgaser. Det är en ren energi som kan driva fordon, driva industriella processer och generera elektricitet.
Fram till nyligen har vetenskapen inte känt till att väte ackumuleras naturligt under jordens yta. Denna gas skapas genom kemiska reaktioner i stenar när vattenmolekyler (H₂O) delas upp i väte och syre.
”Under hela min karriär har paradigmet varit att väte finns där ute, att det produceras, men att det är en mycket liten molekyl, så det flyr lätt genom små porer, sprickor och stenar”, förklarar Geoffrey Ellis , en petroleumsgeokemist vid USGS och huvudförfattare till den nya studien som nyligen publicerades i tidskriften Science Advances, för LiveScience . ”Det finns faktiskt dussintals naturliga processer som kan generera väte, men de flesta av dem genererar mycket små mängder.
Endast 2 procent behövs
Forskarna tror att det mesta av vätet under våra fötter antingen ligger för djupt eller för långt ut till havs för att vi ska kunna komma åt det. Dessutom är en del av dessa reserver för små för att kunna exporteras på ett ekonomiskt lönsamt sätt.
Den nya studien visar dock att den totala mängden väte under ytan, trots dessa begränsningar, är så stor att en liten andel av det som finns där räcker för att föda mänskligheten i århundraden.
Forskarna har beräknat att planeten hyser cirka 6,2 biljoner ton (5,6 biljoner metriska ton) väte i stenar och underjordiska avlagringar. Detta är ungefär 26 gånger så mycket som den kända mängden olja som finns kvar under jord (1,6 biljoner fat, som var och en väger cirka 0,15 ton).
Teamet hävdar att bara två procent av dessa vätgasreserver – motsvarande 124 miljarder ton (112 miljarder ton) gas – ”skulle ge all den vätgas vi behöver för att nå netto noll [koldioxid] under ett par hundra år”, säger Ellis. Den energi som frigörs av denna mängd vätgas är ungefär dubbelt så stor som den som finns lagrad i alla kända naturgasreserver på jorden, enligt studien.
Vätgasfabriker under vattnet
Många forskare tror att de första cellerna uppstod på så extrema platser som havsbottnen eller heta bergarter djupt nere i jordskorpan. Där producerade hydrotermiska ventiler – underjordiska sprickor från vilka geotermiskt hett vatten strömmar – väte. Reaktionen mellan väte och koldioxid gjorde att mikroorganismerna kunde frodas trots det totala mörkret och förhållandena i dessa extrema miljöer.
Väte är det bränsle som behövs för att reaktionen ska kunna äga rum, men hur cellerna har kunnat utvinna energin har fram till nyligen varit en gåta. Forskarna upptäckte att cellerna först måste driva elektronerna från vätgasen energiskt uppför backen. ”Det är som att be en flod att rinna uppför i stället för nedför, så cellerna behöver tekniska lösningar”, förklarar Max Brabender, en av författarna till den nya studien, som hävdar att denna gas också spelade en nyckelroll som bränsle för de molekyler som gav upphov till livet.
För att ändra energiflodens riktning aktiverar cellerna en process som kallas elektronbifurkation, vilket innebär att de skickar de två elektronerna i vätgasen olika vägar. Den ena går långt nedåt och sätter igång en trissliknande (eller sifonliknande) mekanism som energimässigt kan dra den andra elektronen uppåt. Men hur en reaktion som energimässigt går i uppförsbacke kunde fungera i den tidiga evolutionen utan att det fanns enzymer eller celler har varit en annan gåta som varit mycket svår att lösa.
”Flera olika teorier har föreslagit hur miljön skulle kunna ha drivit elektroner i energimässigt uppförsbacke mot ferredoxin [en biologisk elektrontransportör] innan elektronförgreningen uppstod”, förklarar William F. Martin, en annan av studiens huvudförfattare . ”Vi har identifierat en process som inte kunde vara enklare och som fungerar under naturliga förhållanden vid hydrotermiska källor.
