团队探索氢的地下储存

想象一下巨大的多孔砂岩储层，曾经充满了石油和天然气，现在充满了另一种无碳燃料——氢气。桑迪亚国家实验室的科学家正在使用计算机模拟和实验室实验来确定是否可以使用枯竭的石油和天然气储层来储存这种无碳燃料。

氢是一种重要的清洁燃料：它可以通过利用太阳能或风能分解水来制造，可以用于发电和为重工业提供动力，也可以用于为燃料电池汽车提供动力。此外，氢气可以储存数月，并在能源需求超过可再生能源供应时使用。

领导这项研究的桑迪亚化学工程师TuanHo表示：“氢气有利于季节性和长期储存。”“如果你想到太阳能，在夏天，你可以产生大量的电力，但不需要太多的热量来供暖。多余的可以转化为氢气并储存到冬天。”

然而，与天然气或丙烷等碳基燃料相比，氢气在一定体积内含有的“爆炸”要少得多，而且更难以压缩，Ho说。他补充说，这意味着在地表金属罐中储存大量氢气是不可行的。

桑迪亚地下储氢工作经理唐·康利(DonConley)表示，氢可以储存在地下盐洞中，但盐矿在美国并不普遍。因此，Ho的团队正在研究储存在枯竭油气藏中的氢气是否会卡在岩石中、泄漏或受到污染。

岩石泄漏或安全存储

首先，研究小组研究了氢是否会卡在形成许多油气藏周围和密封体的砂岩或页岩中，或者泄漏出去。砂岩由沙子大小的矿物和岩石颗粒组成，经过亿万年的压缩。砂岩颗粒之间有很多间隙，因此可以在含水层中储存水或形成油气藏。页岩是压缩成岩石的泥浆，由更小的富含粘土矿物颗粒组成。

因此，页岩可以在砂岩周围形成密封并将其捕获。“你希望氢气留在注射的地方，”何说。“你不希望它离开存储区并丢失。这只是浪费金钱，这对任何存储设施来说都是一个大问题。”

何在俄克拉荷马大学的合作者通过实验来研究氢如何与砂岩和页岩样本相互作用。Ho说，他们发现氢气被抽出后不会留在砂岩内部，但高达10%的吸附气体会滞留在页岩样品内部。他的计算机模拟证实了这些结果。

Ho仔细研究了油气藏周围页岩中常见的一种特定类型的粘土，对蒙脱石粘土层、水和氢之间的分子相互作用进行了计算机模拟。他发现氢不喜欢进入那种粘土矿物层之间的水间隙。

何说，这意味着粘土中由于被卡住或移动而导致的氢损失很小。这对于地下储氢来说是相当积极的。这些关于粘土的发现去年发表在《可持续能源与燃料》杂志上。

Ho补充说，史蒂文斯理工学院和俄克拉荷马大学正在进行额外的吸收实验，以确认分子模拟结果。

污染风险

通过实验和模拟，Ho的团队发现，当将氢气注入枯竭的天然气储层时，剩余的天然气可以从岩石中释放到氢气中。何说，这意味着当氢气被取出使用时，它将含有少量天然气。

“这并不可怕，因为天然气仍然具有能量，但它含有碳，因此当氢气燃烧时，会产生少量二氧化碳，”何说。“这是我们需要意识到的事情。”

Ho的团队主要是桑迪亚博士后研究员AdityaChoudhary，目前正在利用分子模拟和实验研究氢气对枯竭油藏的影响，以及剩余石油如何污染氢气或与氢气相互作用。

能源部化石能源和碳管理地下氢评估、储存和技术办公室桑迪亚部分的经理康利表示，这项研究的结果可用于指导和指导地下氢储存的大规模现场测试。加速(SHASTA)项目。

他补充说，SHASTA项目计划在未来进行这样的现场规模测试，以证明枯竭的石油和天然气储层用于储氢的可行性。

何说，需要进行更多研究来了解枯竭石油储层中的微生物和其他化学物质如何与储存的氢气相互作用。

康利补充道：“如果我们想创造氢经济，我们确实需要广泛分布的方式来储存大量氢。”“在存在盐的情况下，储存盐是非常好的，但它不能是唯一的选择。因此，我们正在转向枯竭的石油和天然气储层以及含水层，作为储存大量氢气的地质分布更广泛的手段。这一切都在能源部门脱碳的名称。”