科學(xué)網(wǎng) 孫學(xué)軍 的博客
土耳其Chimaera山上的甲烷和氫氣滲漏已經(jīng)燃燒了幾個世紀(jì)。
在芒果樹的樹蔭下，Mamadou Ngulo Konaré講述了他童年的傳奇事件。1987年，挖井者來到馬里的Bourakébougou村鉆水，但放棄了108米深的一個干井。“與此同時，風(fēng)從洞里出來了，”科納雷在2012年告訴查普曼石油工程公司（Chapman Petroleum Engineering）的石油物理學(xué)家兼副總裁丹尼斯·布里埃（Denis Brière）。當(dāng)一名鉆工一邊抽煙一邊窺視洞口時，風(fēng)在他的臉上爆炸了。
“礦工沒有死，但被燒傷了，”科納雷繼續(xù)說?！?/span>現(xiàn)在這里開始有大火。白天火苗像藍(lán)色的蘇打水，沒有黑煙。夜晚的火苗就像閃亮的金子，在田野里，人們可以在火光下看清楚彼此。...我們非常擔(dān)心村莊將會被摧毀。
此后礦工們花了數(shù)周時間才撲滅大火并把井口封上，村民都回避這里。直到 2007 年，馬里的富商、政治家、石油和天然氣公司Petroma的董事長Aliou Diallo（迪亞洛）獲得了Bourakébougou周邊地區(qū)的勘探權(quán)?！斑@里有一種古老說法，人是由泥土組成的，但魔鬼是由火組成的，”迪亞洛說?！按蠹叶颊J(rèn)為這是一個被詛咒的地方。好吧，被詛咒的地方，我就要把它們變成被祝福的地方?！?/span>
2012年，迪亞洛邀請查普曼石油公司（Chapman Petroleum）來確定鉆孔中釋放出的氣體成分。在移動實驗室中躲避50°C的高溫，布里埃爾和他的技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)氣體中98%是氫氣。這是非同尋常的：氫幾乎從未出現(xiàn)在石油作業(yè)中，人們認(rèn)為它在地球上根本不存在。“那天我們用大芒果慶祝，”布里埃爾說。
幾個月內(nèi)，布里埃爾的團(tuán)隊安裝了一臺福特發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)經(jīng)過調(diào)整可以用氫氣做燃料，氫氣燃燒后排出水。發(fā)動機(jī)連接到一臺300千瓦的發(fā)電機(jī)上，這給Bourakébougou帶來了電力。用電可以讓冰柜制冰，點亮清真寺晚間祈禱的電燈，以及一臺平板電視，這樣村長就可以觀看足球比賽。孩子們的學(xué)習(xí)成績也有所提高?！耙驗樵缟仙险n前有燈光來學(xué)習(xí)課程，”迪亞洛說。他很快就放棄了石油，將公司名稱改為Hydroma，并開始鉆探新井以確定地下供應(yīng)氫氣的規(guī)模。
馬里的發(fā)現(xiàn)生動地證明了一小群科學(xué)家多年來一直在研究滲漏、礦山和廢棄油井的線索：與傳統(tǒng)觀點相反，世界各地可能存在大量的天然氫，類似石油和天然氣，但不在同一個地方。這些研究人員說，地球深處水巖反應(yīng)不斷產(chǎn)生氫氣，氫氣通過地殼向上滲透，有時積聚在地下陷阱中。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局 （USGS） 于 2022 年10 月在美國地質(zhì)學(xué)會的一次會議上提出的模型，地球內(nèi)部可能儲存有可滿足人類數(shù)千年迅速增長的全球能量需求。
“當(dāng)我第一次聽說這個說法時，我覺得這很瘋狂，”材料科學(xué)家艾米麗·耶迪納克（Emily Yedinak）說，她在高級研究計劃局能源（ARPA-E）設(shè)立了一個獎學(xué)金，以激發(fā)人們對天然氫的興趣?！拔易x得越多，我就越開始意識到，哇，氫氣生產(chǎn)背后的科學(xué)是合理的，我開始想，'為什么過去沒有人談?wù)撨@個？'”
然而，自2018年以來，當(dāng)?shù)蟻喡搴退耐略凇秶H氫能雜志》上描述馬里油田時，關(guān)于天然氫的論文數(shù)量呈爆炸式增長?！斑@絕對令人難以置信，而且真的是指數(shù)級的，”地質(zhì)學(xué)家Alain Prinzhofer說，他是馬里論文的主要作者，也是GEO4U的科學(xué)總監(jiān)，GEO2019U是一家總部位于巴西的石油和天然氣服務(wù)公司，正在做越來越多的氫工作。數(shù)十家初創(chuàng)公司，其中許多在澳大利亞，正在搶奪氫能勘探權(quán)。去年，美國石油地質(zhì)學(xué)家協(xié)會成立了第一個天然氫委員會，USGS開始了在美國確定有前途的氫生產(chǎn)區(qū)的首次努力。“我們才剛剛開始，但它會很快，”Natural Hydrogen Energy首席執(zhí)行官Viacheslav Zgonnik說。2019年，這家初創(chuàng)公司在美國內(nèi)布拉斯加州完成了第一個氫鉆孔。
正準(zhǔn)備從Bourakébougou村附近的地下礦床中提取氫氣
對天然氫的熱情伴隨著人們對氫作為一種清潔、無碳燃料的興趣正在激增。各國政府正在將氫氣能源作為應(yīng)對全球變暖的一種方式，當(dāng)俄羅斯去年入侵烏克蘭并引發(fā)倉促尋找天然氣替代品時，尤其是在歐洲，這些努力得到了進(jìn)一步激發(fā)。目前，所有商業(yè)氫氣都只能以污染方式使用化石燃料制造，或以昂貴方式使用可再生電力。如果天然氫儲量規(guī)模相當(dāng)大，可能會在那里被吸收，給石油和天然氣行業(yè)經(jīng)驗豐富的鉆探人員一個新的、環(huán)保的使命?！拔蚁嘈潘锌赡苋〈谢剂?，”Zgonnik說。“我知道，這是一個非常大膽的說法?！?/span>
至關(guān)重要的是，天然氫不僅可以清潔，而且是可再生的。掩埋和壓縮的有機(jī)礦床需要數(shù)百萬年才能變成石油和天然氣。相比之下，當(dāng)地下水在高溫和高壓下與鐵礦物發(fā)生反應(yīng)時，天然氫氣總是被重新制造。自從馬里鉆孔開始開采氫氣以來的十年中，流量并沒有減少，Prinzhofer說，他為該項目提供咨詢?！?/span>氫幾乎無處不在，作為一種可再生能源出現(xiàn)，而不是化石能源，”他說。
天然氫還處于早期階段?？茖W(xué)家們并不完全了解它是如何形成和遷移的，最重要的是，它是否以商業(yè)上可利用的方式積累?！叭藗兊呐d趣正在快速增長，但仍然缺乏科學(xué)事實，”格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)的地球物理學(xué)家弗雷德里克-維克多·唐澤說。但是，大石油公司正在退縮，看著工人們必需承擔(dān)非常危險的勘探工作。馬里油田的商業(yè)化也遇到了障礙，其他地方只鉆了幾口勘探井。發(fā)誓不再接受行業(yè)資金的Donzé擔(dān)心這只是炒作。
然而，一些科學(xué)家已經(jīng)成為真正的信徒。伯爾尼大學(xué)的地球化學(xué)家埃里克·高歇（Eric Gaucher）離開了法國石油巨頭道達(dá)爾（Total）的職業(yè)生涯，因為這家公司在氫方面的發(fā)展速度不夠快。他認(rèn)為，馬里的發(fā)現(xiàn)可能最終會與163年前在賓夕法尼亞州泰特斯維爾發(fā)生的發(fā)現(xiàn)一起載入史冊。當(dāng)時，全世界都知道伊拉克和加利福尼亞等地的石油滲漏，但對地下的巨大礦床視而不見。然后在1859年8月27日，一位名叫埃德溫·德雷克（Edwin Drake）的瀕臨破產(chǎn)的探礦者在泰特斯維爾（Titusville）用蒸汽機(jī)和鑄鐵鉆桿工作，在21米的深度發(fā)現(xiàn)了石油，并開始在浴缸中收集它。不久之后，美國公司每天收獲數(shù)百萬桶石油。
“我認(rèn)為我們天然氫離這一點不遠(yuǎn)了，”高歇說。“我們有概念，我們有工具，有地質(zhì)。...我們只需要投資人。
盡管氫氣是無碳的，但它作為能源也有缺點。一公斤氫氣容納的能量與一加侖汽油（略低于 4 升）一樣多。但在環(huán)境壓力下，同一公斤氫氣比典型混凝土攪拌車的滾筒占用更多的空間。高壓可以容納更多氫氣，但這會增加車輛的重量和成本。液化氫需要將其冷卻至 –253°C，通常費用更大。
這些存儲問題 - 以及缺乏管道和分配系統(tǒng) - 是為什么在汽車電氣化的競賽中，電池勝過將氫氣轉(zhuǎn)化為電能的燃料電池的主要原因。同樣，對于家庭供暖，大多數(shù)專家認(rèn)為電熱泵比氫氣爐更有意義。
然而，麻省理工學(xué)院能源系統(tǒng)研究員Dharik Mallapragada說，世界上多達(dá)一半的預(yù)計能源需求仍然難以通過轉(zhuǎn)向電力來實現(xiàn)脫碳：“這就是氫的用武之地。他認(rèn)為氫氣在不適合電池的重型車輛中替代碳?xì)浠衔锏目臻g：卡車，輪船，甚至飛機(jī)，所有這些都可以處理更大的油箱和更少的加油站。需要高溫燃燒的鋼鐵等行業(yè)是另一個可能的市場。而今天的氫氣主要市場——例如制造氨肥所需的氫氣——將從目前的每年90萬噸繼續(xù)增長。
但為了氣候友好，氫氣需要清潔生產(chǎn)。今天的氫氣是“灰色的”，是通過在高壓下將甲烷與蒸汽反應(yīng)或以其他方式使用化石燃料而制成的。這些過程每年排放約900億噸二氧化碳，幾乎與全球航空一樣多。原則上，碳可以被捕獲并封存到地下，產(chǎn)生“藍(lán)色”氫。但大多數(shù)人的希望寄托在“綠色”氫上——使用可再生的太陽能或風(fēng)能，用電解槽將水分子分解成氧和氫。
