尋找“金氫”！世界掀起天然氫源的熱潮

科技日報 · 2024-02-06 10:33:19

阿曼這個以石油和天然氣聞名的國家可能會因為“金氫”而成為綠色能源大國。......

“金氫”是一種天然存在的氣體燃料，無色無味且環(huán)保，燃燒時除了水之外什么也不會產(chǎn)生。阿曼的山脈是全球范圍內(nèi)尋找這種新的、具有潛在變革性的燃料的最前線。不過，“金氫”作為一種燃料仍有不足之處，尤其是在長距離運輸方面。首先，這種氣體具有可燃性；其次，氫氣體積龐大，需要將其壓縮或轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)物質(zhì)（如液氨）后才能方便運輸。

駛出馬斯喀特，阿曼首都的白色建筑被哈加爾山脈前面的一片開闊的沙漠所取代。沙漠中，有一處寧靜的泉水，周圍環(huán)繞著金色的草叢和棗椰樹。泉水冒出一串氣泡，而這正是一群地球物理學(xué)家要尋找的“寶藏”。

阿曼共和國哈加爾山脈的水池上覆蓋著礦物膜。

圖片來源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站

據(jù)英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站報道，世界各地的勘探者正在爭先恐后地探尋“金氫”（天然氫）的儲量。阿曼的山脈是全球范圍內(nèi)尋找這種新的、具有潛在變革性的燃料的最前線。“金氫”是一種天然存在的氣體燃料，無色無味且環(huán)保，燃燒時除了水之外什么也不會產(chǎn)生。

地下可能蘊藏著數(shù)萬億噸“金氫”。

圖片來源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站

尋找天然氫源的熱潮于去年12月14日被《科學(xué)》雜志列為2023年度十大科學(xué)突破之一。氫動力經(jīng)濟的夢想已存在了幾十年。使用這種形式的氫將極大加快世界向凈零排放過渡。然而，全球每年生產(chǎn)的氫氣幾乎都是通過天然氣與水蒸氣反應(yīng)制取的，這一過程會釋放大量二氧化碳。雖然有更清潔的方式來制造氫氣，但這些方法目前在該行業(yè)中只占很小的份額。

地球或蘊藏數(shù)萬億噸“金氫”

“金氫”能源的發(fā)現(xiàn)可追溯到馬里共和國的布拉克布古鎮(zhèn)。2012年，該古鎮(zhèn)附近的一口水井被發(fā)現(xiàn)含有大量氫氣。經(jīng)驗證，這里的地底深層正源源不斷地產(chǎn)生氫氣。這種氫氣被賦予多種名稱：白氫、天然氫和金氫，但最正規(guī)的名稱是地質(zhì)氫。自那次發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家們在法國、西班牙和澳大利亞對地下儲氫層進行了大量勘探。2022年，美國地質(zhì)調(diào)查局研究人員修正了對地下氫儲量的估計。其模型顯示，地下可能有數(shù)萬億噸“金氫”，遠遠超出此前猜測。只要能回收其中的一小部分，就足以滿足人類幾個世紀的氫需求。

但另一方面，人們也對所謂的“金氫熱”持謹慎態(tài)度。地球上真正含有多少氫，以及有多少氫可提取出來，目前尚無定論。“金氫”是如何產(chǎn)生的也不清楚。研究人員認為，至少有一部分是在地球形成過程中從地幔逐漸滲入地殼的；另一些可能是放射性巖石將水分解成氧氣和氫氣而產(chǎn)生的；還有可能是蛇紋石化過程，即地下水與巖石中富含鐵的礦物（如橄欖石）發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鐵和氫氣。

尋找“金氫”方法不斷涌現(xiàn)

大多數(shù)“金氫獵人”都將蛇紋石化過程作為他們的目標。例如，總部位于美國丹佛的“天然氫能源”公司正在堪薩斯州尋找“金氫”。該公司試圖發(fā)掘覆蓋著不透水層的富鐵巖石區(qū)域，認為這樣珍貴的燃料可能會被密封在地下并堆積起來。美國氫能源初創(chuàng)公司Koloma和澳大利亞投資公司HyTerra也在用同樣的方式尋找“金氫”。在阿曼，由于該地區(qū)獨特的構(gòu)造歷史，這種富含鐵的地質(zhì)更多見。

當(dāng)然，還有另一種方法來確定適合提取氫的區(qū)域。去年12月，在美國地球物理聯(lián)盟會議上，有一場會議專門討論了如何利用機器學(xué)習(xí)識別衛(wèi)星圖像中的裸土環(huán)（有時被稱為“仙女圈”）。研究人員表示，已經(jīng)在50多個這樣的圓環(huán)形的土壤中測到了氫氣，但氫氣與這些神秘地形的關(guān)系尚不清楚。

這一發(fā)現(xiàn)令人興奮。不過，“金氫”作為一種燃料仍有不足之處，尤其是在長距離運輸方面。首先，這種氣體具有可燃性；其次，氫氣體積龐大，需要將其壓縮或轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)物質(zhì)（如液氨）后才能方便運輸。

刺激底層生產(chǎn)“金氫”更快捷

美國能源部（DoE）準備投入2000萬美元，刺激地質(zhì)層可靠地生產(chǎn)天然氫。DoE計劃負責(zé)人道格·威克斯表示，其想法是探索加速蛇紋石化過程的方法，從而從地下產(chǎn)生氫氣。憑借人們熟知的地質(zhì)學(xué)知識、富含鐵的橄欖巖以及氫從地下冒出的明確證據(jù)，哈加爾山脈是檢驗這一想法的理想之地。今年晚些時候，研究人員將在這里鉆探世界上第一口刺激氫井。

研究人員將嘗試一種新策略來打碎地下深處的巖石，以增加注入水的表面積。這種方法由美國綠色能源公司Eden GeoPower開發(fā)，類似于天然氣井水力壓裂法，但使用的是電力而不是水。據(jù)該公司介紹，在埋入地下的電極之間輸送高壓電流，可加熱巖石中的微小孔隙，使它們膨脹。

外部研究人員表示，將此類井的產(chǎn)氫率提高1萬倍的目標是可行的，但不能保證一定成功。此外，該方法還存在一些環(huán)境風(fēng)險。例如，目前還不清楚該項目需要多少水資源，還須防范注水引發(fā)小地震的風(fēng)險。

如果一切順利，阿曼這個以石油和天然氣聞名的國家可能會因為“金氫”而成為綠色能源大國。

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