واکنشهای میکروبی در مغارهای نمکی برای ذخیره سازی زیرزمینی هیدروژن

ذخیره سازی زیرزمینی هیدروژن (UHS) در مغارهای نمکی به عنوان یکی از راهبردهای کلیدی برای تامین انرژی پایدار و جبران نوسانات تولید انرژی تجدیدپذیر مطرح است. با این حال حضور جوامع میکروبی فعال در این محیط های فراشور می تواند منجر به واکنش های ناخواسته ای شود که کارایی، ایمنی و اقتصادی بودن این فرایند را تحت تاثیر قرار می دهد. در میان میکروارگانسیم های موجود باکتری های احیاکننده سولفات (SRB) به دلیل مصرف هیدروژن به عنوان دهنده الکترون و تولید سولفید هیدروژن (H۲S) به عنوان اصلی ترین تهدید میکروبی شناخته می شوند. این مقاله مروری، با هدف تجمیع و تحلیل سیستماتیک دانش کنونی در مورد واکنش های میکروبی - با تاکید ویژه بر SRBها در مغارهای نمکی برای ذخیره سازی هیدروژن تدوین شده است. ابتدا تنوع میکروبی شناسایی شده در مغارهای نمکی عملیاتی مرور شده که نشان دهنده غالبیت باستان قارچ های نمک دوست مانند (Euyarchaeota) و باکتری هایی از جنس Acetohalobiun و Thiohalorhabdus است. سپس متابولیسم هیدروژن در این میکروب ها تشریح می شود. یافته های کلیدی تحقیقات اخیر (۲۰۲۳-۲۰۲۶) موارد زیر را نشان می دهند: ۱. نرخ مصرف هیدروژن توسط SRBها در شرایط شوری بالا تا NaCl و فشارهای تا ۱۰۰ بار همچنان قابل توجه است، هر چند در محیط متخلخل نسبت به محیط همگن کمتر می باشد. ۲. واکنش کاهش سولفات توسط SRBها منجر به افزایش pH تا حدود ۹ می شود (Dopffel et al., ۲۰۲۳). این افزایش pH یک مکانیسم بازخورد منفی طبیعی است که فعالیت آنزیم های SRB را مهار کرده و تولید H۲S گازی را به شدت کاهش می دهد چراکه در pH بالا سولفید به شکل یون HS- در فاز آبی باقی می ماند. ۳. مقایسه مخازن مختلف نشان می دهد که در مغارهای نمکی میزان مصرف هیدروژن و تولید H۲S به مراتب کمتر از مخازن متخلخل مانند ماسه سنگ های آبده (شور) است که این مزیت عمده مغارهای نمکی محسوب می شود. ۴. خطرات ثانویه شامل خوردگی میکروبی تجهیزات فولادی، تشکیل رسوبات سولفید آهن و گرفتگی منافذ است که می تواند منجر به افزایش فشار تزریق و کاهش بهره وری شود. ۵. شکاف های تحقیقاتی عمده شامل کمبود داده های میدانی بلندمدت، عدم وجود مدل های واکنش انتقال سه بعدی که اثر متقابل pH، شوری، فشار و جمعیت میکروبی را شبیه سازی کنند و نیاز به استانداردسازی پروتکل های پایش میکروبی است. در نهایت، این مقاله یک چارچوب ارزیابی ریسک میکروبی برای پروژه های ذخیره سازی هیدروژن در مغارهای نمکی ارائه می دهد و راهکارهای کاهش ریسک مانند استفاده از بازدارنده های انتخابی SRB (مثلا نیترات)، شستشوی ادواری مغار و پوشش های ضد خوردگی زیستی را پیشنهاد می کند. نتیجه گیری می شود که اگرچه فعالیت SRBها اجتناب ناپذیر است، اما با طراحی مهندسی مناسب و پایش هوشمند می توان اثرات آن را تا حد قابل قبولی مدیریت کرد و مغارهای نمکی را به عنوان گزینه ای امن و کارآمد برای ذخیره سازی زیرزمینی هیدروژن در مقیاس صنعتی معرفی نمود.

Keywords:

ذخیره سازی زیرزمینی , هیدروژن , مغار نمکی , باکتری های احیاکننده سولفات (SRB) , مصرف میکروبی هیدروژن , سولفید هیدروژن , خوردگی میکروبی , افزایش pH خود محدوده شونده