世界上有煤田、油田、天然氣田，但沒有氫田。氫和電一樣，都是通過其它 能源生產(chǎn)制造出來的，所以是二次能源。長期以來，科學(xué)家普遍認(rèn)為，分子結(jié)構(gòu)最小的氫不可能存在于自然界中。
然而，最近一年，這種認(rèn)知已經(jīng)被完全顛覆！地質(zhì)氫，正從科學(xué)的邊緣走到清潔能源的舞臺中央，海外眾多初創(chuàng)公司開始發(fā)力。其中最著名的，當(dāng)屬比爾·蓋茨投資的科洛馬。
在阿爾巴尼亞布爾奇澤礦井下方近1公里處，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個充滿氫氣的水池。弗雷德里克·維克多·唐澤和洛朗·特魯什；來源：《科學(xué)》
《科學(xué)》：一場礦井深處的采氫行動
“這些沉積物長期以來一直被石油和天然氣行業(yè)所忽視，”伍茲霍爾海洋研究所的地球化學(xué)家弗里德克萊因介紹， “這正朝著正確的方向發(fā)展?！?/span>
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校能源系統(tǒng)研究員邁克爾·韋伯 (Michael Webber) 表示，今天發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)的一個要點(diǎn)是，氫似乎比以前想象的更加普遍?！叭绻銓ふ宜?，你就會找到它，”他說。“這確實(shí)可能會擾亂地緣政治，而且會以很多好的方式擾亂地緣政治，因?yàn)闅鋵⒊霈F(xiàn)在石油和天然氣不存在的地方?！?/span>
現(xiàn)在，世界各國政府正在投資數(shù)十億美元，通過使用綠電來制造“綠氫”，其目的是在煉鋼、化肥生產(chǎn)以及重型運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)取代化石燃料。但如果自然界中存在足夠的滯留氫氣，從地下自然沉積物中提取氫氣成本可能更低。
幾十年來，專家們一直持懷疑態(tài)度。他們認(rèn)為這種富含能量且具有反應(yīng)性的氣體要么會被微生物吞噬，要么會化學(xué)轉(zhuǎn)化為其他形式。這種觀點(diǎn)現(xiàn)在正在改變：古老的觀測記錄和令人費(fèi)解的表面滲漏的跡象表明，地殼中可能含有大量的氫?，F(xiàn)在，一些初創(chuàng)公司正在世界各地尋找氫礦。
阿爾巴尼亞的布爾奇澤礦，為研究人員提供了在更加受控的環(huán)境中進(jìn)行測量的機(jī)會。該礦是世界上最大的鉻礦產(chǎn)地之一，位于被稱為蛇綠巖的巖石內(nèi)，蛇綠巖是由致密海洋巖石的構(gòu)造板塊推向陸地而不是陷入地幔時形成的。數(shù)千萬年前，當(dāng)非洲與歐洲相撞并封閉了古老的海洋時，阿爾巴尼亞的巖石就被推到了適當(dāng)?shù)奈恢谩?/span>
氫獵人們對蛇綠巖很感興趣，因?yàn)樗鼈兒衼碜陨系蒯５母昏F巖石。水可以在高溫高壓下與這些巖石發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氫氣。據(jù)了解，布爾吉澤礦井已發(fā)生易燃?xì)怏w泄漏，該礦自1992年以來已發(fā)生過三次大爆炸。
阿爾卑斯大學(xué)的地球化學(xué)家洛朗·特魯什 (Laurent Truche) 和同事進(jìn)入了礦井并追蹤了礦流的來源。
在礦井深處，近一公里處，他們發(fā)現(xiàn)了一個翻騰的水池，他們將這個地方稱為“按摩浴缸”。特魯什將頭燈照射到氣泡上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣泡中含有84%的氫氣，這是一種極其純凈的來源?！拔液髞硪庾R到我在這個水池里所做的事情非常危險，”他說，“燈根本不防爆，而我就在這個冒泡的泉水上方。”
特魯什和同事計算出，按摩浴缸本身每年可排出11噸氫氣。根據(jù)其他豎井和洞穴中的空氣樣本，他們認(rèn)為該礦每年總共釋放200噸氫氣，足以填充10個興登堡齊柏林飛艇。
斯坦福大學(xué)能源科學(xué)與工程系研究生、正在研究天然氫的亞西·馬圖爾 (Yashee Mathur) 表示，這種通量大約比阿曼等其他地方的蛇綠巖記錄的通量高1000 倍。
盡管流量很大，但礦井下儲存的氫氣總量可能并不多。特魯奇和同事認(rèn)為，當(dāng)?shù)V井刺穿含有少量氣體的斷層帶時，氫氣排放就開始了。根據(jù)對斷層帶大小的估計，研究人員表示該礦的氫氣儲量在5000至50,000噸之間。馬圖爾表示，這可能不值得嘗試進(jìn)行商業(yè)利用。
根據(jù)美國能源部高級研究項(xiàng)目能源署最近發(fā)布的一份天然氫撥款資助公告，勘探者的目標(biāo)應(yīng)該是尋找1000萬噸以上的氫礦。目前全球 對于氫的需求量約為每年1億噸。
不過，特魯什說，氫氣流量可能足以在現(xiàn)場收集和使用?！澳壳埃ǖV場管理者）正在努力擺脫氫氣，”他說，“收集這些氫氣并將其用于燃?xì)廨啓C(jī)存在可能性。”
更重要的是，該礦的泉水強(qiáng)調(diào)了天然氫是真實(shí)存在的，而蛇綠巖可能是開始尋找氫的好地方，因?yàn)槿蚋鞯赜写罅看祟悗r石。
比爾蓋茨投了一家地質(zhì)氫公司
科洛馬（Koloma）是一家初創(chuàng)公司，旨在引領(lǐng)一個從天然地下礦藏中提取無碳?xì)涞男滦袠I(yè)。該公司剛剛完成一輪2.457億美元的融資，這將使其在這個發(fā)展中的清潔能源領(lǐng)域保持領(lǐng)先于競爭對手的地位。
此輪融資由科斯拉風(fēng)險投資公司 (Khosla Ventures) 領(lǐng)投，包括亞馬遜氣候承諾基金和聯(lián)合航空可持續(xù)飛行基金的投資。他們與之前的清潔技術(shù)支持者（包括比爾·蓋茨的Breakthrough Energy Ventures和Energy Impact Partners）一起，將Koloma的總?cè)谫Y金額超過3億美元。
這家少數(shù)人持股的公司去年被《福布斯》雜志曝光，目前正在將其首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人、俄亥俄州立大學(xué)地質(zhì)學(xué)家湯姆·達(dá)拉 (Tom Darrah) 的廣泛研究成果商業(yè)化。他花了數(shù)年時間研究哪里最有可能發(fā)現(xiàn)氫氣，以及如何利用石油和天然氣行業(yè)開發(fā)的技術(shù)來獲取資源。
地質(zhì)氫公司正在利用石油和天然氣行業(yè)歷史悠久的鉆井技術(shù)。
達(dá)拉介紹，地下氫遍布每一個大陸，可開發(fā)規(guī)模是深遠(yuǎn)的。他為Koloma設(shè)計的研究實(shí)驗(yàn)室最近搬進(jìn)了俄勒岡州立大學(xué)位于哥倫布、耗資 4,930 萬美元的能源進(jìn)步和創(chuàng)新中心，該中心于2023年12月開業(yè)。
地質(zhì)氫的支持者認(rèn)為，鑒于能夠利用長期建立的能源鉆探技術(shù)，地質(zhì)氫將被證明是最便宜的形式。
地質(zhì)氫：人類綠色能源的未來？
橄欖石礦物，如鎂橄欖石，在與地下水相互作用時會產(chǎn)生氫氣。圖片來源：史密森國家自然歷史博物館/美國地質(zhì)調(diào)查局
美國以外，全球范圍內(nèi)均對地質(zhì)氫加大勘探力度。荷蘭這方面的工作始于2019年。該項(xiàng)目用100%氫氣為25戶住宅供暖，并很快將擴(kuò)大到550戶住宅。澳大利亞已經(jīng)成立了數(shù)十家以氫能為基礎(chǔ)的初創(chuàng)企業(yè)。
2023年12月初，法國政府批準(zhǔn)了該國第一個天然氫勘探計劃。法國總統(tǒng)馬克龍隨后表示，“將提供大量資金探索天然氫的潛力”。
法國的洛林礦池發(fā)現(xiàn)高純度地質(zhì)氫
法國是天然氫氣儲量最多的國家之一。為實(shí)現(xiàn)2050年政府碳中和目標(biāo)，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(yùn)輸領(lǐng)域的關(guān)注度日益提高。2023年5月，法國洛林地區(qū)又意外發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)的最大的此類礦藏之一。
法國能源轉(zhuǎn)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(qū)面積約225平方公里。預(yù)計獲得下一輪許可后，該企業(yè)將于2到3年后正式開始鉆探。
地質(zhì)氫為何在一夜之間變得如此熱門呢？
2012年，西非國家馬里，一個有著數(shù)十年歷史的鉆孔被發(fā)現(xiàn)持續(xù)泄漏98%的氫氣。這一發(fā)現(xiàn)得到了馬里富商 Aliou Diallo 的證實(shí)，他后來在《國際氫能雜志》上發(fā)表了 2018 年關(guān)于地球上存在氫沉積的可能性的論文。這再次引發(fā)了關(guān)于氫燃料潛力的長期爭論。美國地質(zhì)調(diào)查局的杰弗里·埃利斯估計，截至2022 年，地球內(nèi)大約存在25 億噸穩(wěn)定的氫，“存在大量被忽視的氫氣”。
現(xiàn)在，馬里已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)利用天然氫發(fā)電，盈虧平衡成本為0.5~0.7美元，為全球天然氫商業(yè)開發(fā)提供了參考范例。
美國政府的計劃并不只是開采，而是通過加速地質(zhì)氫的形成來產(chǎn)生更多的地質(zhì)氫。例如，水和富含鐵的礦物（例如地幔中的橄欖石）之間會發(fā)生一種稱為蛇紋石化的高溫反應(yīng)，氧化鐵并釋放氫氣。向地下抽更多的水可以產(chǎn)生更多的氫——被稱為“橙色”氫（指氧化鐵的顏色）。
很遺憾的是，目前我國境內(nèi)尚未有地質(zhì)氫的發(fā)現(xiàn)。不過，我國具備天然氫存在的地質(zhì)條件，也存在與世界各地發(fā)現(xiàn)天然氫區(qū)域特征近似的地形。例如，江蘇盤石山的蛇紋石化作用區(qū)域、扶余— 肇東、濱州、呼蘭河等斷裂的斷層區(qū)域、煤盆地、溫泉區(qū)域等。另外，中國的沉積盆地、構(gòu)造活躍區(qū)域及大陸裂谷地區(qū)具備發(fā)育高含量氫氣的地質(zhì)條件，例如渤海灣盆地、渭河斷陷等。
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