ถ่านหิน

Shimin Liu รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมพลังงานและแร่แห่ง Penn State กล่าวว่า "เราพบว่าถ่านหินสามารถเป็นแบตเตอรี่ไฮโดรเจนทางธรณีวิทยาได้" "คุณสามารถฉีดและเก็บพลังงานไฮโดรเจนและเก็บไว้ที่นั่นเมื่อคุณต้องการใช้" ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงเผาไหม้ที่สะอาดและมีแนวโน้มว่าจะใช้ในภาคส่วนที่ต้องใช้พลังงานมากที่สุดในระบบเศรษฐกิจของเรา เช่น การขนส่ง การผลิตไฟฟ้า และการผลิต แต่ยังคงมีงานอีกมากในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจนและทำให้เป็นแหล่งพลังงานที่ราคาไม่แพงและเชื่อถือได้ นักวิทยาศาสตร์กล่าว ซึ่งรวมถึงการพัฒนาวิธีกักเก็บไฮโดรเจนซึ่งปัจจุบันมีราคาแพงและไม่มีประสิทธิภาพ นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าการก่อตัวทางธรณีวิทยาเป็นทางเลือกที่น่าสนใจ เนื่องจากพวกมันสามารถเก็บกักไฮโดรเจนไว้ได้ในปริมาณมากเพื่อให้ตรงกับยอดเขาและหุบเขา เนื่องจากความต้องการพลังงานเปลี่ยนแปลงทุกวันหรือตามฤดูกาล "ถ่านหินได้รับการศึกษาเป็นอย่างดี และเราผลิตก๊าซจากถ่านหินในเชิงพาณิชย์มาเกือบครึ่งศตวรรษแล้ว" หลิวกล่าว "เราเข้าใจดี เรามีโครงสร้างพื้นฐาน ฉันคิดว่าถ่านหินน่าจะเป็นสถานที่ที่เหมาะสมในการกักเก็บไฮโดรเจนทางธรณีวิทยา" ในการทดสอบนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้วิเคราะห์ถ่านหิน 8 ชนิดจากแหล่งถ่านหินทั่วสหรัฐอเมริกา เพื่อทำความเข้าใจศักยภาพการดูดซับและการแพร่กระจายของถ่านหิน หรือปริมาณไฮโดรเจนที่พวกมันสามารถกักเก็บไว้ได้ดียิ่งขึ้น นักวิทยาศาสตร์รายงานในวารสาร Applied Energy ว่าถ่านหินทั้ง 8 มีคุณสมบัติดูดซับได้ดี โดยถ่านหินบิทูมินัสระเหยต่ำจากเวอร์จิเนียตะวันออกและถ่านหินแอนทราไซต์จากเพนซิลเวเนียตะวันออกมีประสิทธิภาพดีที่สุด "ฉันคิดว่าเป็นไปได้สูงที่ถ่านหินอาจเป็นตัวเลือกอันดับต้น ๆ สำหรับการจัดเก็บทางธรณีวิทยาจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์" หลิวกล่าว "เราพบว่า ถ่านหิน มีประสิทธิภาพดีกว่าการก่อตัวแบบอื่นๆ เนื่องจากสามารถกักเก็บได้มากกว่า มีโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่แล้ว และมีอยู่ทั่วไปทั่วประเทศและใกล้กับพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น" แหล่งกักเก็บก๊าซมีเทนในถ่านหินที่หมดแล้วอาจเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด ตะเข็บเหล่านี้ประกอบด้วยก๊าซธรรมชาติที่ไม่ธรรมดา เช่น มีเทน และกลายเป็นแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลที่สำคัญในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา มีเทนจะเกาะติดกับพื้นผิวของถ่านหินในกระบวนการที่เรียกว่าการดูดซับ ในทำนองเดียวกัน การฉีดไฮโดรเจนเข้าไปในถ่านหินจะทำให้ก๊าซนั้นดูดซับหรือเกาะติดกับถ่านหิน การก่อตัวเหล่านี้มักมีชั้นหินดินดานหรือหินโคลนอยู่ด้านบนซึ่งทำหน้าที่เป็นผนึกกักเก็บก๊าซมีเทน หรือในกรณีนี้คือไฮโดรเจน ผนึกไว้จนกว่าจะจำเป็นและสูบกลับออกมา นักวิทยาศาสตร์กล่าว “หลายคนนิยามถ่านหินว่าเป็นหิน แต่แท้จริงแล้วเป็นโพลิเมอร์” หลิวกล่าว "มันมีปริมาณคาร์บอนสูงและมีรูพรุนเล็กๆ จำนวนมากที่สามารถเก็บก๊าซได้มากกว่า ดังนั้น ถ่านหินจึงเปรียบเสมือนฟองน้ำที่สามารถกักเก็บโมเลกุลของไฮโดรเจนได้มากกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ ที่ไม่ใช่คาร์บอน" นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบอุปกรณ์พิเศษเพื่อทำการทดลอง ถ่านหินมีความสัมพันธ์กับไฮโดรเจนที่อ่อนกว่าเมื่อเทียบกับก๊าซดูดซับอื่นๆ เช่น มีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นอุปกรณ์ที่มีแรงดันแบบดั้งเดิมสำหรับระบุการดูดซับจะไม่ได้ผล “เราได้ออกแบบที่แปลกใหม่และท้าทายมาก” Liu กล่าว "ต้องใช้เวลาหลายปีกว่าจะรู้ว่าจะทำอย่างไรให้ถูกต้อง เราต้องออกแบบระบบการทดลองอย่างเหมาะสม การลองผิดลองถูกตามประสบการณ์ที่ผ่านมาเกี่ยวกับถ่านหินและหินดินดาน" จากผลการวิจัย นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าถ่านหินแอนทราไซต์และกึ่งแอนทราไซต์เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการกักเก็บไฮโดรเจนในตะเข็บถ่านหินที่เสื่อมสภาพ และถ่านหินบิทูมินัสระเหยต่ำเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับตะเข็บถ่านหินที่มีก๊าซ การพัฒนาแหล่งกักเก็บไฮโดรเจนในชุมชนเหมืองถ่านหินอาจนำโอกาสทางเศรษฐกิจใหม่ๆ มาสู่ภูมิภาคเหล่านี้ ขณะเดียวกันก็ช่วยสร้างโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจนของประเทศด้วย “ในช่วงเปลี่ยนผ่านพลังงาน ชุมชนถ่านหินจริงๆ ที่ได้รับผลกระทบทางเศรษฐกิจมากที่สุด” หลิวกล่าว "นี่เป็นโอกาสในการปรับเปลี่ยนพื้นที่ถ่านหิน พวกเขามีความเชี่ยวชาญอยู่แล้ว - วิศวกรพลังงานและทักษะ หากเราสามารถสร้างโครงสร้างพื้นฐานและเปลี่ยนโอกาสทางเศรษฐกิจ - ฉันคิดว่านั่นเป็นสิ่งที่เราควรพิจารณา" งานในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การแพร่กระจายแบบไดนามิกและการซึมผ่านแบบไดนามิกของถ่านหิน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่กำหนดว่าไฮโดรเจนสามารถถูกฉีดและสูบกลับออกไปได้เร็วเพียงใด “ฉันคิดว่า Penn State เป็นสถานที่ที่เหมาะสมในการทำวิจัยทั้งหมดนี้ เรามีถ่านหินสำรอง เรามีก๊าซธรรมชาติ เรามีความเชี่ยวชาญทั้งด้านวิศวกรรมและเศรษฐกิจที่มหาวิทยาลัย” Liu กล่าว "นี่คือสถานที่ที่เหมาะสมในการทำเช่นนี้"