“天然氫”的潛力

時間:2024-01-15 17:50來源:《環球》雜志 作者:韓嘯
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　　2023年12月初，法國政府批準了該國第一個天然氫勘探計劃。法國總統馬克龍隨后表示，“將提供大量資金探索天然氫的潛力”。
 
　　這種存在于地下的氫氣，因其地下儲量豐富和無碳清潔等優勢，也被稱為“白氫”或“金氫”。隨著全球去碳提速，這種可再生清潔能源迅速在科學界和能源領域走紅。業內人士表示，盡管仍處于起步階段，天然氫將與“綠氫”等清潔能源一道，共同推動全球綠色革命。
 
被忽視的地下富礦
 
　　研究人員通常以顏色區分生產過程攜帶不同碳足跡的氫氣。“綠氫”被認為是最純凈的氫氣，由可再生能源電解水產生。“最臟”的是“灰氫”，利用化石能源生產氫氣，過程中將產生的二氧化碳排放到大氣中。
 
　　法國是天然氫氣儲量最多的國家之一。為實現2050年政府碳中和目標，法國近年來對氫能源替代化石燃料的可能性，特別是對其在制造和運輸領域的關注度日益提高。2023年5月，法國洛林地區又意外發現大量天然氫礦藏。該礦床可能含有600萬至2.5億噸氫，是迄今為止發現的最大的此類礦藏之一。
 
　　法國能源轉型部表示，目前共收到6個勘探天然氫礦床的申請，另5個申請在審查階段。此次獲批的是TBH2Aquitaine公司在法國西南部比利牛斯-大西洋省的勘探申請，勘探地區面積約225平方公里。預計獲得下一輪許可后，該企業將于2到3年后正式開始鉆探。
 
　　回溯歷史，人們不難發現，天然氫的蹤跡早已出現。
 
　　總部位于美國丹佛的Natural Hydrogen Energy公司首席執行官、地球化學家維亞切斯拉夫·茲貢尼克發表論文稱，關于天然氫的第一次科學討論可以追溯到1888年，當時元素周期表之父德米特里·門捷列夫記錄稱，氫氣從烏克蘭煤礦的裂縫中溢出。100多年中，世界各地已記錄數百起氫氣泄漏事件。
 
　　《科學》雜志報道稱，雖然人類探測石油和天然氣的歷史悠久，至今已勘測了數百萬口井，但天然氫“長時間被忽視”的原因是，氫是最小的分子，極易與碳、氧分子發生反應形成其他化合物。因此，地質學家早前認為，即使氫氣幸存下來，也不太可能大量累積。
 
　　美國地質勘探局有機地球化學家杰弗里·埃利斯說，測井人員一般不會特意去測量氫氣，“這并非真正地在尋找氫，我們沒有使用正確的工具在正確的地方尋找。”
 
　　真正的突破發生在1987年，工人在西非國家馬里的布拉凱布古村打井取水時，遇到一場花費數周時間才撲滅的大火。“白天火的顏色如藍色的波光粼粼的水，沒有黑煙污染。夜晚的火光像金色閃閃發亮，在田野里我們都能看到彼此。”村民馬馬杜·恩古洛·科納雷在接受《科學》雜志采訪時這樣介紹。
 
　　多年后，人們才揭開這場大火的秘密。
 
　　2007年，馬里富商、天然氣公司Petroma董事長阿利烏·迪亞洛獲得了布拉凱布古周邊地區的勘探權。2012年，勘測團隊發現當時井眼中流出的物質是98%純度的氫氣。幾個月后，這里安裝了一臺發動機燃燒氫氣為村莊發電。目前，馬里也是世界上唯一一個開采白氫的國家。
 
　　自2018年相關團隊在《國際氫能雜志》上刊發其在馬里氫田的發現以來，能源界仿佛被投下了一枚巨石，余波不斷。
 
　　關于天然氫的形成、地質分布和實用化可能性等相關問題，大部分都仍有待研究。目前可以確定的是，天然氫不僅是清潔能源，而且可再生——當地下水在高溫高壓環境下與鐵礦物發生反應時，就會產生天然氫。馬里天然氫監測數據顯示，這口鉆井十幾年來氫產量一直保持穩定，沒有出現減少的情況。
 
新賽道上的奔跑
 
　　根據美國地質調查局2022年10月在美國地質學會會議上提出的模型，可能有足夠的天然氫來滿足人類數千年對能源不斷增長的需求。面對天然氫巨大的前景誘惑，來自澳大利亞、美國、歐洲等國家和地區的數十家初創公司正在爭奪氫能源勘探權。
 
　　在水力壓裂技術應用廣泛、頁巖氣資源豐富的美國，監管環境較為寬松。不過，《科學》雜志援引美國地質調查局研究員埃利斯的話表示，“出于我不知道的原因，天然氫還沒有在北美流行起來。”
 
　　2022年，美國石油地質學家協會成立了第一個天然氫委員會，美國地質調查局開始努力，以確定美國有前景的氫生產區。維亞切斯拉夫·茲貢尼克表示：“我們還處于起步階段，但進展會很快。”
 
　　2019年，維亞切斯拉夫·茲貢尼克領導的初創公司Natural Hydrogen Energy在內布拉斯加州的玉米田和大豆田中鉆探了美國第一口氫井，目前計劃開發新井。該公司透露，第一個白氫商業項目的投運預計很快就會實現。
這是2023年12月12日在比利時安特衛普-布魯日港拍攝的氫動力拖船
 
　　得益于得天獨厚的地質條件和新出臺的能源法規，氫能在南澳大利亞迅猛發展。2021年2月，南澳大利亞州擴大石油法規適用范圍以允許鉆探氫氣，澳大利亞初創公司Gold Hydrogen聯合創始人盧克·泰特斯隨即提交申請，希望在約克半島和坎加魯島近8000平方公里的土地上進行勘探。另外他還創建了兩家造紙公司，對數千平方公里的土地提出申請。2023年10月，該企業在南澳約克半島的拉姆齊項目試鉆了第一口白氫井。
 
　　在西班牙，初創公司Helios Aragon首席執行官伊恩·蒙羅也在探尋自己的氣體“金礦”。西班牙比利牛斯山脈的核心部位由富含鐵的海洋巖石構成，大約6500萬年前，由于板塊運動，這些巖石被擠壓并抬升。蒙羅說，深斷層將這些巖石中產生的氫引導到多孔砂巖層中，該砂巖層上覆蓋著致密的頁巖。
 
　　Helios Aragon公司計劃在2024年底鉆一口探井。蒙羅說，“我們相信我們將成為歐洲第一口天然氫井。”不過，由于該企業的租約是根據西班牙石油法簽訂的，2021年西班牙氣候法出臺后，新業務被暫停。在西班牙對氫氣鉆探禁令解除前，該企業將無法進行商業生產。
 
碳中和與氫能
 
　　當前，人們對天然氫的研究仍處于早期階段，天然氫的形成過程、遷移、如何實用化等難題有待科學家們和企業持續研究、實驗和解密。
 
　　值得注意的是，盡管氫是無碳的，但氫能作為能源也有其缺陷，主要是儲存和運輸等問題。例如，雖然1公斤氫氣所含能量與4升汽油接近，但常溫常壓下，1公斤氫氣的占用空間比混凝土攪拌車滾筒還要大。液化氫氣通常需要冷卻至零下253攝氏度，這將產生一筆巨額費用。同樣，大多數專家認為電熱泵比氫爐更有開發價值。
 
　　不過，美國麻省理工學院能源系統研究員達里克·馬拉普拉加達表示，全球預計能源需求的一半將難以通過改用電力來實現脫碳，這為氫氣提供了用武之地。
 
　　在氫氣家族中，相較于“綠氫”利用可再生太陽能或風能、用電解槽將水分子分解成氧氣和氫氣，天然氫氣具備顯著的成本優勢。高盛集團發表報告預測，到2030年，全球氫能市場規模將增長1倍多，達到2500億美元，到2050年可達1萬億美元。
 
(責任編輯：子蕊)
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