Att injicera koldioxid i järn- och magnesiumrika bergarter kan öka produktionen av naturligt vätgas samtidigt som växthusgasen lagras permanent i marken. Det visar en ny studie från forskare vid Princeton University och Ohio State University. Forskarna varnar dock för att effekten endast uppstår under specifika geologiska förhållanden och att processen samtidigt kan förkorta den tid då vätgas kan produceras.
Intresset för geologiskt vätgas har ökat kraftigt under senare år. Till skillnad från grön vätgas, som produceras genom elektrolys, bildas naturligt vätgas genom kemiska reaktioner i jordskorpan. Nu undersöker forskare om samma bergarter som kan producera vätgas också kan användas för att lagra koldioxid.
Koldioxid påskyndar de kemiska reaktionerna
Naturligt vätgas bildas när vatten reagerar med järnhaltiga mineral i ultramafiska bergarter, exempelvis olivin. Processen, som kallas serpentinisering, kräver att vatten kan cirkulera genom porerna i berget.
När koldioxid tillförs löses den upp i vattnet och bildar en svag syra. Den ökade surhetsgraden gör att olivin och andra järnhaltiga mineral bryts ned snabbare. Därmed frigörs mer järn som kan reagera med vatten och bilda vätgas.
Forskarna använde geologiska simuleringar för att analysera processen vid temperaturer under cirka 150 grader Celsius, vilket motsvarar förhållanden på ungefär fem kilometer djup beroende på den lokala geologin.
Resultaten visar att produktionen av vätgas kan öka med upp till 31 procent när koldioxid tillförs systemet.
Samtidigt binds koldioxiden permanent
Studien visar att den tillförda koldioxiden inte bara stimulerar vätgasproduktionen. En betydande del av CO₂ reagerar också med mineral i berggrunden och omvandlas till stabila karbonatmineral som magnesit och siderit.
Det innebär att koldioxiden lagras permanent i fast form i berget i stället för att återvända till atmosfären.
Forskarna menar att tekniken därför skulle kunna bidra till både utsläppsminskningar och energiproduktion samtidigt.
Problem med snabbare igensättning
Den ökade produktionen har dock en tydlig nackdel. De kemiska förändringarna gör att porutrymmet i berggrunden fylls igen snabbare än om enbart vatten används.
I simuleringen producerades mer vätgas under en kortare period, men reaktionerna upphörde efter cirka 3,5 år eftersom porerna blev igensatta. Utan tillsatt koldioxid kunde processen fortsätta nästan sex år längre.
Forskarna förklarar att detta främst beror på bildningen av mineralet greenalit. När koldioxiden förändrar vattnets kemi ökar koncentrationen av löst kiseldioxid, vilket gynnar bildningen av detta mineral.
Greenalit tar upp mer plats än det mineral som dominerar utan koldioxid, cronstedtit, och fyller därför porerna snabbare.
Magnesiumrika bergarter kan vara lösningen
Studien pekar samtidigt på att magnesiumrika bergarter kan vara särskilt intressanta. Magnesium kan binda en del av den upplösta kiseldioxiden och därmed minska bildningen av greenalit.
Det skulle kunna göra vissa geologiska formationer mer lämpade för kombinerad vätgasproduktion och koldioxidlagring än andra.
Forskarna anser att resultaten visar på möjligheten att utveckla ett system där hållbar energiproduktion kombineras med permanent lagring av koldioxid. Samtidigt betonar de att resultaten bygger på datormodeller och att fler studier krävs innan tekniken kan bedömas i praktisk skala.
Källa: Studien Geologic H₂ generation with simultaneous CO₂ mineralisation: A dual strategy for energy decarbonization, publicerad i tidskriften International Journal of Hydrogen Energy.
Fakta:
Geologiskt bildas vätegas naturligt när vatten reagerar med järnrika mineral i jordskorpan. Flera företag och forskargrupper undersöker nu möjligheten att stimulera dessa processer för att öka produktionen. Tekniken befinner sig fortfarande på forsknings- och demonstrationsstadiet, och det finns ännu inga kommersiella projekt som har bevisat att storskalig produktion kan ske ekonomiskt och långsiktigt.
