شارك باحثان من جامعة خليفة، ألا وهما الدكتور شمس كلام، زميل الدكتوراه والدكتور محمد عارف، أستاذ مساعد، ضمن فريق بحثي طوّر معادلة رياضية للتنبؤ بامتصاص الهيدروجين في الطين الصفحي، حيث تعاون الدكتور شمس والدكتور محمد في تطوير هذه المعادلة مع باحثين من جامعة الملك فهد للبترول والمعادن بالمملكة العربية السعودية وجامعة بتروناس للتكنولوجيا بماليزيا، ويأتي هذا التعاون لتسهيل هذه العملية وجعلها أدق في سياق اهتمام الباحثين على مستوى العالم بالهيدروجين كوقود نظيف يُعَد بديلًا واعدًا للوقود الأحفوري، حيث أن ثمَّة مشاكل تتعلق بالتخزين تعوق استخدام الهيدروجين كوقود على نطاق واسع، فيجب على الباحثين التنبؤ بكمية الهيدروجين التي يمكن تخزينها في المواقع المتنوعة، على الرغم من وُجود إمكانية تخزين الهيدروجين تحت الأرض.
نُشِرَت نتائج هذا المشروع البحثي في مجلة إنترناشونال جورنال أوف كول جيولوجي، والتي تندرج في قائمة أفضل 1% من المجلات العلمية في مجال علم وصف طبقات الأرض.
وقال الدكتور شمس: "شَهِد الهيدروجين اهتمامًا ملحوظًا خلال الفترة الأخيرة من جانب مجتمع الطاقة العالمي باعتباره وقودًا نظيفًا، حيث يُعتبر ناقلًا وفيرًا ومتجددًا للطاقة ويلبي المتطلبات المستقبلية المتعلقة بخفض نسبة الانبعاثات الكربونية ويقلل الاعتماد على الهيدروكربونات ويتيح مزايا بيئية واستراتيجية على السواء، كما يتطلب استخدام الهيدروجين تخزينًا، ويمكننا تخزينه تحت الأرض."
تتمثل إحدى الاستراتيجيات الرئيسة في الاستفادة من إمكانيات الهيدروجين، في تخزينه تحت الأرض في التكوينات الرسوبية في مكامن الهيدروكربونات المستنفَذَة ومكامن المياه الجوفية والآبار التي توقف تشغيلها أيضًا، ويتسم الهيدروجين بقابليته الشديدة للانضغاط وتطايره، ما يجعله في حاجة إلى التخزين بأحجام كبيرة بالإضافة إلى إثارته مخاوف بشأن التسرب والسلامة.
يشير الباحثون إلى إمكانية استخدام مكامن ميثان طبقة الفحم الحجري والغاز الصخري في تخزين الهيدروجين، تمامًا كما جرت العادة على استخدامها في إنتاج الغاز الطبيعي، وتتميّز تكوينات الغاز الصخري بصفة خاصة بمعدلات امتصاص مرتفعة حتى عند درجات حرارة منخفضة، ما يعني أنها تستطيع تخزين كميات كبيرة من الهيدروجين عن طريق احتجاز الامتصاص على نحو آمن.
يستأثر الطين الصفحي بنسبة تبلغ حوالي 32% من احتياطيات الغاز الطبيعي على مستوى العالم، وتتكون من طبقات من الصخور الرسوبية ومادة عضوية معروفة باسم الكيروجين، حيث يمكن استخدام هذه الطبقات كأماكن مثالية لتخزين أحجام كبيرة من الهيدروجين، على الرغم من وجود قيود فيما يتعلق بقابلية حقن الهيدروجين في هذه التكوينات، كما يُعد التنبؤ بامتصاص الهيدروجين في هذه التكوينات مهمة معقدة وتستغرق وقتًا طويلًا، كونها تتضمن تجارب مختبرية تفصيلية وعمليات محاكاة جزيئية.
أنتج عمل الفريق البحثي نموذجًا جديدًا يعتمد على البيانات ويستخدم أسلوبًا ضمن أساليب التعلم الآلي يُعرَف باسم تعزيز التدرج وبيانات مستمدة من دراسات سابقة للتنبؤ بامتصاص الهيدروجين على سطح مادة الكيروجين العضوية المتوافرة داخل طبقات الطين الصفحي، ويستند النموذج إلى بيانات مستمدة من مُعلَّمات متنوعة كالضغط ودرجة الحرارة وكثافة الكيروجين، كما يُقدّم تقديرًا سريعًا ودقيقًا لامتصاص الهيدروجين في موقع مُحتمَل، وقد قورِن النموذج بأساليب أخرى للتعلم الآلي وأثبت أنه الأكثر دقة، لا سيّما في حالة الأنواع المختلفة من الطين الصفحي.
علّق الدكتور شمس مضيفًا: "شهد تعلم الآلة توسعًا في استخدامه لتطوير نموذج للتنبؤ بعمليات وآليات مختلفة، لكن الاهتمام كان أقل باستخدامه لتطوير نموذج للتنبؤ بامتصاص الهيدروجين في الطين الصفحي للحصول على تقدير سهل ودقيق."
يمثل هذا النموذج تطورًا هامًا، ولكن من المهم ألّا ننسى بأنه يمثل جزءًا واحدًا من المشكلة، حيث ثمَّة عوامل أخرى تشمل قابلية الانتشار والنفاذية والخواص المتعلقة بالميكانيكا الجيولوجية، تضطلع بدور هام في التخزين الفعال للهيدروجين تحت الأرض، ويُعَد البحث المستقبلي في هذه المجالات ضروريًا لإطلاق العنان لإمكانيات تخزين الهيدروجين في تكوينات الغاز الصخري.
ترجمة: سيد صالح