Табиғи сутегі: шығу тегі, геологиялық таралуы және анықтау әдістеріне қысқаша шолу

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Табиғи сутегі – төмен көміртекті экономикада маңызды рөл атқара алатын, экологиялық таза және болашағы зор энергия көзі. Бұл мақалада табиғи сутегінің пайда болу тегі, геологиялық таралуы және оны анықтау әдістері қарастырылған. Әдеби деректерді талдау негізінде оның негізгі түзілу көздері: серпентинизация, судың радиолизі, тау жыныстарының механикалық бұзылуы, магманың дегазациясы және жер қыртысының үгілуі болып табылады. Олардың ішінде серпентинизация су мен екі валентті темірдің әрекеттесуінен сутегінің түзілуіне алып келетін орта мұхит жоталары мен субдукция аймақтарында жүретін ең маңызды процесс ретінде ерекшеленеді. Табиғи сутегінің географиялық таралуы мұхиттық спрединг орталықтарын, пассивті шеттерді, субдукция аймақтарын, жарылымдар мен плиталар арасындағы аумақтарды қамтиды. Сутегінің жоғары концентрациялары Сан-Андреас жарылымы және Таудени бассейні сияқты тектоникалық белсенді аймақтарда жиі байқалады. Табиғи сутегіні анықтау изотоптық талдау және H₂/CH₄ қатынастары арқылы жүзеге асырылады, бұл мантиялық текті қыртыстық тектен ажыратуға мүмкіндік береді. Табиғи сутегі кен орындарын зерттеу мен барлау шектеулі болғанына қарамастан, оны өндіру сутегі энергетикасының құнын айтарлықтай төмендетіп, тұрақты энергия көздеріне көшу үдерісін жеделдетуі мүмкін. Зерттеу сутегінің түзілу, жинақталу және миграция механизмдерін, сондай-ақ оны өндіру технологияларын одан әрі зерттеудің маңыздылығын атап көрсетеді. Ұсынылған шолу табиғи сутегі туралы қазіргі білімдерді жүйелеп, осы салада болашақтағы ғылыми және практикалық жұмыстарға негіз болады.

Толық мәтін

##article.viewOnOriginalSite##

Авторлар туралы

С. Опахай

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: serikjan_0707@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6789-4844

PhD

Қазақстан, Астана қаласы

Қ. А. Кутербеков

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Email: kkuterbekov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5421-271X

физ.-мат. ғылым. докт., профессор

Қазақстан, Астана қаласы

К. Ж. Бекмырза

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Email: kbekmyrza@yandex.kz
ORCID iD: 0000-0001-8902-8736

PhD, доцент

Ресей, Астана қаласы

Ә. М. Кабышев

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Email: assetenu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1472-4045

PhD

Қазақстан, Астана қаласы

М. М. Кубенова

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Email: kubenova.m@yandex.kz
ORCID iD: 0000-0003-2012-2702

PhD

Қазақстан, Астана қаласы

Н. К. Айдарбеков

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Email: nursultan02_22.10.92@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1981-5416

PhD

Қазақстан, Астана қаласы

Ж. Жумадилова

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Email: zhumadilovaz@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5982-8983
Қазақстан, Астана қаласы

Ж. С. Зейнулла

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Email: zeizhaser@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5339-3165
Қазақстан, Астана қаласы

Әдебиет тізімі

  1. Hassan Q., Algburi S., Sameen A.Z. Hydrogen as an energy carrier: properties, storage methods, challenges, and future implications // Environment Systems and Decisions. 2024. Vol. 44, N 2. P. 327–350. doi: 10.1007/s10669-023-09932-z.
  2. Zhang B., Zhang S.-X., Yao R., et al. Progress and prospects of hydrogen production: Opportunities and challenges // Journal of Electronic Science and Technology. 2021. Vol. 19, N 2. doi: 10.1016/j.jnlest.2021.100080.
  3. Jolaoso L.A., Bello I.T., Ojelade O.A., et al. Operational and scaling-up barriers of SOEC and mitigation strategies to boost H₂ production – a comprehensive review // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48, N 85. P. 33017–33041. doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.05.077.
  4. Zheng Y., Chen Z., Zhang J. Solid oxide electrolysis of H₂O and CO₂ to produce hydrogen and low-carbon fuels // Electrochemical Energy Reviews. 2021. Vol. 4. P. 508–517. doi: 10.1007/s41918-021-00097-4.
  5. Hassan I.A., Ramadan H.S., Saleh M.A., Hissel D. Hydrogen storage technologies for stationary and mobile applications: Review, analysis and perspectives // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. Vol. 149. doi: 10.1016/j.rser.2021.111311.
  6. Boretti A., Pollet B.G. Hydrogen economy: Paving the path to a sustainable, low-carbon future // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 93. P. 307–319. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.10.350.
  7. Welhan J.T., Craig H. Methane and hydrogen in East Pacific Rise hydrothermal fluids // Geophysical Research Letters. 1979. Vol. 6. P. 829–831. doi: 10.1029/GL006i011p00829.
  8. Sudarikov S., Narkevsky E., Petrov V. Identification of two new hydrothermal fields and sulfide deposits on the Mid-Atlantic Ridge as a result of the combined use of exploration methods: Methane detection, water column chemistry, ore sample analysis, and camera surveys // Minerals. 2021. Vol. 11, N 7. doi: 10.3390/min11070726.
  9. Liu J., Liu Q., Xu H., et al. Genesis and energy significance of natural hydrogen // Unconventional Resources. 2023. Vol. 3. P. 176–182. doi: 10.1016/j.uncres.2023.01.002.
  10. Sugisaki R., Ido M., Takeda H., et al. Origin of hydrogen and carbon dioxide in fault gases and its relation to fault activity // Journal of Geology. 1983. Vol. 91. P. 239–258. http://www.jstor.org/stable/30062111.
  11. Mathur Y., Awosiji V., Mukerji T., et al. Soil geochemistry of hydrogen and other gases along the San Andreas fault // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 50. P. 411–419. doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.09.032.
  12. Wakita H., Nakamura Y., Kita I., et al. Hydrogen release: New indicator of fault activity // Science. 1980. Vol. 210. P. 188–190. doi: 10.1126/science.210.4466.188.
  13. McCarthy J.H.Jr., Cunningham K.I., Roberts A.A., Dietrich J.A. Soil Gas Studies around Hydrogen-Rich Natural Gas Wells in Northern Kansas. Reston, VA, USA: United States Department of The Interior Geological Survey; 1986. Open-file Report 86-4641.
  14. Nivin V.A., Pukha V.V., Mokrushina O.D., Mikhailova J.A. The Molecular Weight Distribution of Occluded Hydrocarbon Gases in the Khibiny Nepheline–Syenite Massif (Kola Peninsula, NW Russia) in Relation to the Problem of Their Origin // Geosciences. 2022. Vol. 12, N 11. doi: 10.3390/geosciences12110416.
  15. Mahlstedt N., Horsfield B., Weniger P., et al. Molecular hydrogen from organic sources in geological systems // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2022. Vol. 105. doi: 10.1016/j.jngse.2022.104704.
  16. Zhang T., Zhang Y., Katterbauer K., et al. Deep learning–assisted phase equilibrium analysis for producing natural hydrogen // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 50. P. 473–486. doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.09.097.
  17. Klein F., Bach W., McCollom T.M. Compositional controls on hydrogen generation during serpentinization of ultramafic rocks // Lithos. 2013. Vol. 178. P. 55–69. doi: 10.1016/j.lithos.2013.03.008.
  18. Macdonald D.D., Engelhardt G.R., Petrov A.A. A critical review of radiolysis issues in water-cooled fission and fusion reactors: Part I, assessment of radiolysis models // Corrosion and Materials Degradation. 2022. Vol. 3, N 3. P. 470–535. doi: 10.3390/cmd3030028.
  19. Binder J., Dabrowska A.K., Tokarczyk M., et al. Epitaxial hexagonal boron nitride for hydrogen generation by radiolysis of interfacial water // Nano Letters. 2023. Vol. 23, N 4. P. 1267–1272. doi: 10.1021/acs.nanolett.2c04434.
  20. Xu Q., Tian A., Luo X., et al. Chemical damage constitutive model establishment and the energy analysis of rocks under water–rock interaction // Energies. 2022. Vol. 15, N 24. doi: 10.3390/en15249386.
  21. Zhan S., Zeng L., Al-Yaseri A., et al. Geochemical modelling on the role of redox reactions during hydrogen underground storage in porous media // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 50. P. 19–35. doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.06.153.
  22. Combaudon V., Moretti I., Kleine B.I., Stefansson A. Hydrogen emissions from hydrothermal fields in Iceland and comparison with the Mid-Atlantic Ridge // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. Vol. 47, N 18. P. 10217–10227. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.01.101.
  23. Gordienko V.V. On the circulation of hydrogen in the atmosphere and the Earth’s crust // Geofizicheskiy Zhurnal. 2021. Vol. 43, N 5. P. 35–59. doi: 10.24028/gzh.v43i5.244051.
  24. Poli S., Franzolin E., Fumagalli P., Crottini A. The transport of carbon and hydrogen in subducted oceanic crust: An experimental study to 5 GPa // Earth and Planetary Science Letters. 2009. Vol. 278, N 3–4. P. 350–360. doi: 10.1016/j.epsl.2008.12.022.
  25. Pasquet G., Houssein H.R., Sissmann O., et al. An attempt to study natural H₂ resources across an oceanic ridge penetrating a continent: The Asal–Ghoubbet Rift (Republic of Djibouti) // Geosciences. 2021. Vol. 12, N 1. doi: 10.3390/geosciences12010016.
  26. Worman S.L., Pratson L.F., Karson J.A., Schlesinger W.H. Abiotic hydrogen (H₂) sources and sinks near the Mid-Ocean Ridge (MOR) with implications for the subseafloor biosphere // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020. Vol. 117, N 24. P. 13283–13293. doi: 10.1073/pnas.2002619117.
  27. Charnoz S., Falco A., Trembling P., et al. The effect of a small amount of hydrogen in the atmosphere of ultrahot magma-ocean planets: Atmospheric composition and escape // Astronomy & Astrophysics. 2023. Vol. 674. doi: 10.1051/0004-6361/202245763.
  28. Pokrovski G.S., Blanchard M., Saunier G., Poitrasson F. Mechanisms and rates of pyrite formation from hydrothermal fluid revealed by iron isotopes // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2021. Vol. 304. P. 281–304. doi: https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.03.006.
  29. Newell K.D., Doveton J.H., Merriam D.F., et al. H₂-rich and hydrocarbon gas recovered in a deep Precambrian well in northeastern Kansas // Natural Resources Research. 2007. Vol. 16. P. 277–292. doi: https://doi.org/10.1007/s11053-007-9052-7.
  30. Combaudon V. Mechanism and quantification of natural hydrogen generation within intracratonic areas: The case of the Mid-Rift System (Kansas, USA): dissertation. Université de Pau et des Pays de l’Adour; 2023.
  31. Goebel E.D., Coveney R.M.J., Angino E.E., et al. Geology, composition, isotopes of naturally occurring H₂/N₂ rich gas from wells near Junction City, Kansas // Oil & Gas Journal. 1984. Vol. 82, N 19. P. 215–222.
  32. Quesnel B., Scheffer C., Beaudoin G. The light stable isotope (hydrogen, boron, carbon, nitrogen, oxygen, silicon, sulfur) composition of orogenic gold deposits. In: Huston D., Gutzmer J., editors. Isotopes in Economic Geology, Metallogenesis and Exploration. Cham : Springer International Publishing, 2023. P. 283–328.
  33. Arrouvel C., Prinzhofer A. Genesis of natural hydrogen: New insights from thermodynamic simulations // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46, N 36. P. 18780–18794. doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.03.057.
  34. Klein F., Tarnas J.D., Bach W. Abiotic sources of molecular hydrogen on Earth // Elements. 2020. Vol. 16, N 1. P. 19–24. doi: 10.2138/gselements.16.1.19.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Сурет 1. Сутегінің негізгі пайда болу көздерін көрсететін сызбанұсқа [17]

Жүктеу (121KB)
Метадеректер

© Опахай С., Кутербеков Қ.А., Бекмырза К.Ж., Кабышев Ә.М., Кубенова М.М., Айдарбеков Н.К., Жумадилова Ж., Зейнулла Ж.С., 2025

Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімді Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».