世界第（dì）一口刺（cì）激氫（qīng）井今年將開鑽，“金氫”熱潮會否（fǒu）重塑未來能源（yuán）格局

作為（wéi）最理想的清潔能源之一，氫能在構建零碳地球中的地位舉足輕重。到2050年，全球氫能需求將增至目前的10倍。目前，全球每年使用的1億噸（dūn）氫能主要來自合成，但（dàn）這隻可能（néng）是氫能（néng）供應（yīng）的一小部分，氫經濟起飛（fēi）的（de）希（xī）望在天然氫。

自從天然氫源（yuán）發現以來，一股尋找“金氫”的熱潮已在全球興起。“金氫”的稱謂，表明了天然（rán）氫源相較於工業氫更（gèng）經濟、更低碳的優勢。盡管預估儲（chǔ）量高達萬億噸，但如何合理開采利用天然氫這一寶貴資源，仍是擺在人類麵前的一道難題（tí）。

今年，世界首（shǒu）個（gè）刺激氫井將在阿曼開鑽。天然氫開采和生（shēng）產一旦實現商業化，將極大推動化石燃（rán）料（liào）的淘汰進程（chéng），重塑未來能（néng）源（yuán）格局。

——編者

駛出馬斯（sī）喀特，阿曼首都的白色建築被哈傑爾山脈前麵的一片開闊沙漠所取代。乘坐越野車行駛了兩小（xiǎo）時，地球物理學家阿馬爾·阿拉利（lì）與同事終於到達了此行（háng）的目的地。那是在（zài）沙漠中的一汪寧靜泉水，水邊環繞（rào）著（zhe）金色的草地和椰棗樹。阿拉利看著泉水中冒出（chū）的一（yī）股氣泡，不以為然地皺了皺眉頭。他（tā）說：“這是在浪費能源。”

阿拉利之所以來到這（zhè）裏，是因為阿曼的山脈是全球範圍內正在尋（xún）找的一種最具潛在變（biàn）革性的燃料的最佳（jiā）地點之一，這種全新燃料有時（shí）被稱為“金氫”。“金氫”無色無（wú）味，燃燒時除了水之外什麽也不會產生（shēng），比化石能源更加清潔環保。然而，目前人們還必須通過排放密集型工藝來製造這種氣體。但在阿曼山區以及世界上其他具有類似地質構造的地方，氫氣是在地下自然（rán）產生的（de），而且潛在儲量巨大。

支持使用“金氫”的人們表（biǎo）示，這種能（néng）源的廣泛使用將極大加速實（shí）現淨零（líng）排放。這（zhè）也是為何研究人員和初創公司正在廣泛地尋找這種能源。

然而，仍有許多問題懸而未決。比如，地球上的氫氣儲量究竟（jìng）有多少？它們勘探的難度有多（duō）大？這些目（mù）前尚（shàng）無定論。阿拉利還是地質能源公司伊甸（diàn）地質能源的聯合創始（shǐ）人，他想做一個更加雄心勃勃的試驗：嚐試（shì）通過刺激岩層來增加氫（qīng）氣的產量。

氫動力經濟（jì）的夢想已經存在了幾十年。這個夢想一旦實現，將意味著世界上的卡車、輪船、飛機（jī）和（hé）重工業都將使用清潔能源（yuán），而（ér）不是汙染環境的化石燃料。不過問題是（shì），我們必須自（zì）己製造氫氣，這需要耗費能源，還會產生汙染。目前（qián），全球每年（nián）使用的1億噸氫（qīng）氣幾（jǐ）乎都是通過51吃瓜网與水（shuǐ）蒸氣反應製（zhì）取的，而這一過程（chéng）會釋放出大量二氧（yǎng）化碳。盡管也有一（yī）些更清（qīng）潔的製（zhì）氫方法，包括利用可再生能源（yuán）從水中製取“綠色氫（qīng）氣”，但這些方法目前在（zài）該行業中隻占很小份額。

地質氫現身

地下儲量或達萬億噸

曾經，氫（qīng）氣（qì）被認為無法像石油51吃瓜网那樣在地層中大量積蓄。但新修訂（dìng）的模型卻顯示，地球岩層中可能蘊藏有萬億噸天然氫（qīng）氣——隻要能獲取其（qí）中的一小（xiǎo）部分，就足以滿足人類幾個世紀的氫氣需求

無論如何，合成氫隻可能是（shì）氫能供應（yīng）的一小部分（fèn），天然氫氣或許才是真正的大規模使用的氫能來源。

盡管氫是（shì）宇宙中含（hán）量最多的元（yuán）素，大多數研究人員卻認為，地球上以氣態形式存在的氫十（shí）分稀少——尋找化石燃料的鑽探人員有時會在油井中發現氫氣，海洋探險家也會看到氫氣從海底噴口汩汩流出，但這些發現（xiàn）都被視為特例（lì）。大家都認為，氫氣過於活躍，無法像石油51吃瓜网那樣在地層中大量積蓄，因（yīn）此過去十多年，大多數人對天然氫（qīng）氣不抱有期待，也沒有人積極尋找天然氫藏。

在海底或大陸噴氣（qì）孔、溫泉口、“仙女圈”或地質構造裂縫處，均已發現天然氫含量較高。

然（rán）而，這一認知在2012年受到了挑戰。人們在（zài）馬裏（lǐ）共和國的布拉克布古鎮附近（jìn）發現了一口儲有大量氫（qīng）氣的水井。井中的氫氣是自然產生的，這（zhè）意味著獲取（qǔ）氫（qīng）氣的唯一能耗（hào）隻在於將它（tā）們收集起來。

這種（zhǒng）氫氣被賦（fù）予多種名稱：白氫、天然氫和金氫，但最正規的名稱是地質氫。自此之後，人們開始了對地質氫的大規模勘探，並在法國、西班牙和澳大（dà）利亞發現了地質氫的重要潛在地下（xià）儲層。如今，全球各地均發現了這種氫藏的蛛絲馬跡。對此，國際頂尖學術期刊美（měi）國《科學》雜誌（zhì）將“尋找天然氫源的熱潮”列為2023年度的“十大科（kē）學突破”之（zhī）一。

在美國，有好幾家（jiā）公司正在進行鑽井勘探，其中包括一家（jiā）低調的初創公司科羅馬。這家公司得到了由比爾·蓋茨創立的風險投資（zī）公司（sī）提供的近1億美元的支持。“很多（duō）人滿世界在找天然氫。”法國一名獨立顧問埃裏克-戈謝爾離開了（le）一家大型石油51吃瓜网公司，轉而研究天然氫氣，“總有人有朝一日會找到量大且經濟的（de）氫（qīng）氣，我對此深信不疑”。

2022年，美（měi）國地質勘探局的（de）研究人員根據對氫氣形成過程的了解，修訂了他（tā）們（men）對地下氫氣（qì）儲量的估算模型。該模型顯示，地球岩層中可能蘊藏有萬（wàn）億噸天然氫（qīng）氣，這遠遠超出人們之前的預測——隻要能開發其中（zhōng）的1%，就足以滿足人類幾個世紀的（de）氫氣需求。

不過，也有不少人認為，地球上真正含有多少氫氣，以及有多少氫氣可（kě）以開（kāi）采出來，這些都還是未知數，地質（zhì）氫是如何產生的也不（bú）清楚。研究人員認為，至少有一部分氫氣是在地球形成過（guò）程中，從地幔逐漸（jiàn）滲入地（dì）殼的；另一部（bù）分氫氣則可（kě）能是放射性岩石（shí）將水分解成氧氣和氫氣而產生的；還有可能是蛇紋石化的過（guò）程，即地下水與岩石中如（rú）橄欖石之類富（fù）含鐵的礦（kuàng）物發生反應，生成（chéng）氧化鐵和氫氣。

金氫獵人（rén）

蛛絲馬跡中發現天然氫藏

地質氫已從一個邊緣新興事物變成了受人關注的（de）焦點，大多數“金氫獵人”將（jiāng）蛇（shé）紋石化過程作為探尋天然氫藏（cáng）的突（tū）破口，也有人開始利用機器學習（xí）識別衛（wèi）星遙感圖像中的“仙女圈”，有人甚至嚐試刺激地層（céng）產氫

埃文·麥金泰爾供職於海（hǎi）特（tè）拉，這是澳大利亞（yà）一家專注於地質氫的公司。他表示，盡管有不少（shǎo）人仍對“金氫熱”持謹慎態度（dù），但地質氫確實已經從一個邊緣新興事（shì）物變（biàn）成了受人關注的焦點——哪怕地質（zhì）氫隻能滿足（zú）人類日益增長的氫氣需求中的兩三成，也會省下大量原本用於製造綠色氫（qīng）氣的清潔能源，“如果地表下能持續（xù）產生氫氣，它（tā）甚至（zhì）可能成為（wéi）一種可再生能源”。

大多數“金氫獵人”把蛇紋石化過程（chéng）作為突破（pò）口。天然（rán）氫能源公司的創（chuàng）始人維亞切斯拉夫·茲貢尼克分享（xiǎng）了一種看法：富（fù）鐵岩石（shí）區域（yù）可能會產生大量氫氣。他的公司去年（nián）在美國內布拉斯加州鑽了（le）一口（kǒu）井來尋找（zhǎo）氫氣（qì），經驗（yàn）老到的勘探者試（shì）圖發掘覆蓋著不透水層的富鐵岩（yán）石區（qū）域，認為“金氫”這（zhè）種珍貴的燃料可能會被密封在地下並蓄積起來。

美國氫（qīng）能源初創公司科羅馬和澳大利亞投資公司海特拉也在用同樣的方式在美國中西部尋找“金氫”。戈謝爾表（biǎo）示，在橫跨法國和西班牙的比利牛斯山脈，人們同樣發現了可（kě）能含（hán）有（yǒu）數千萬噸氫氣（qì）的礦藏，“這也許是由於異常接（jiē）近地表的、富含鐵的（de）地幔岩石隆起（qǐ）所致（zhì）”。

天然氫產生的（de）地質構造示意圖（圖片來源：編譯自Science）

在阿曼，由於該地區獨特的構造（zào）曆史，這種富含鐵的地質構造更為多見。就（jiù）在（zài）不到1億年前，阿拉伯海的地下板塊與陸地板塊發生了碰撞。通常來說，此類事件會導致地殼被迫下沉到地幔中，但在這裏，地（dì）殼被（bèi）向上擠壓，這一（yī）過程被稱為“仰衝”。這一地質過程導致了哈傑爾山脈（mò）的形成，也使這一區域成為地球上最大的地幔岩石裸露區——主要由富（fù）含鐵的橄欖岩組成。在一個遍布（bù）這種綠白相（xiàng）間的巨大岩石的山穀裏，一條小溪流淌在岩石上，而這些岩石就（jiù）曾位於地幔和地殼的交界處。

還有另一種方法來確定適合開采氫氣的區域（yù）。去年12月，在美國地（dì）球（qiú）物理聯盟（méng）會議上，有一場（chǎng）會議專門（mén）討（tǎo）論了如（rú）何利用（yòng）機（jī）器學習識（shí）別衛（wèi）星圖像中的裸（luǒ）土環（有時被稱為“仙女圈”）。美（měi）國俄亥俄州立大學的約阿希姆·莫爾特加特參與了這項工作。他表示，已經在50多個這樣的圓環形土壤中測到了氫（qīng）氣，但氫氣與這些神秘地形之（zhī）間的關係尚不清楚。

這一發現令人（rén）興奮。不過，地質氫作為一種燃料（liào）仍（réng）有不足之處，尤其是在長距離運輸方麵。首先，它具有易爆性。其次，由於氫氣體（tǐ）積較大，需要將其壓縮（suō）或轉化為其他化學物質（如液氨）後才能方便（biàn）運（yùn）輸。這就可能（néng）需要建造新的管道，將（jiāng）其從偏遠地區輸送到港口或城市。

如果人們不是依（yī）賴開采自然界（jiè）偶然蘊積形成的天然（rán）氫藏，而是在更方便運輸或（huò）靠近消（xiāo）耗（hào）氫氣的地區，通過刺激地層可靠地生產天然氫，那（nà）將有助於規（guī）避地質氫的這些（xiē）缺陷。

這是（shì）許多研究人員和公司（sī）目前正在努力（lì）的方向。美國能源部準備為這項工作投入2000萬美元，他們的想法是（shì）探（tàn）索加速蛇紋（wén）石化過程的方法，從而從地下產生氫氣，這樣可極大程度地擴展氫藏資源的可（kě）利用區域。哈傑爾山脈有富含鐵的橄欖岩（yán），而且有明確證據表明氫氣正（zhèng）在從地下冒出，因此是對這一想法進（jìn）行實驗的理想地點。

刺激氫井

大膽探路“地下氫工廠”

計劃於今年開鑽的（de）世界第（dì）一口刺激氫井，將通（tōng）過注（zhù）水、加熱岩石的方法，嚐試將岩層的氫氣產生效率提高一萬倍，達到（dào）商業可行。但這一過程包含大（dà）量消（xiāo）耗水資源、引發小地震、改變噬氫微（wēi）生（shēng）物群落等風（fēng）險

2023年11月，美國能源部和阿曼政府共同舉辦（bàn）研討會，計劃於今（jīn）年在哈傑爾山脈開鑽世界上（shàng）第一口刺激氫（qīng）井。阿拉利在協調這項（xiàng）工作中發揮了（le）核心作用，目前他已確定了4個可（kě）能的鑽井地點。他這次驅車所到達的山穀，就有幾個冒著氫氣的水池被一層類似冰的東西覆蓋（gài）著，這實際上是橄欖岩（yán）中（zhōng）浸出的鈣（gài）和空氣中的二氧化碳反應形（xíng）成的（de）粉狀礦物（wù）膜（mó）。

阿拉利透露，美國能源部（bù）資助的這一試驗項目將至（zhì）少打出（chū）一個深度在400至600米之間的（de）鑽孔。通過這個鑽孔，研究小組（zǔ）將測算地層（céng）產氫的速（sù）度，然後嚐試不同的方法來刺激其產氫（qīng）反應，包（bāo）括注水和加熱岩石。

美國科羅拉多大（dà）學博爾德分校的亞（yà）曆克西斯·坦普爾頓是該項目的首席研究員。她表示（shì），該項目（mù）的目標是將（jiāng）氫氣（qì）生產率提高一萬倍，即達到商業上（shàng）可行的程度。有（yǒu）外部研（yán）究表明，這一目標是可行的，但不（bú）能保證一定成功。美國得克薩斯大學奧斯汀分校的托蒂·拉森表示：“這需要一些巧妙的化學反應才能成功。”因此，添（tiān）加化學催化劑是刺激地層產氫的另一種（zhǒng）選擇，但此次研究人員尚（shàng）未計劃對其（qí）進（jìn）行測試。

為了達到這一（yī）目標（biāo），研究（jiū）小組將嚐試一種新策略來（lái）打碎地下深處的岩石，以增加注入水的表（biǎo）麵積。這一項目由美國伊甸（diàn）地質能源公司開發，其地下工程主（zhǔ）管（guǎn）保羅（luó）·科爾介紹，在埋入地下的電極之間（jiān）輸送高壓電流，可加熱（rè）岩石中的微小孔隙，使（shǐ）其膨脹，形成（chéng）“蜘蛛網狀（zhuàng）、閃（shǎn）電形的地下岩石裂隙”。

不過，該項目也遇（yù）到了一些阻礙，因為岩石中的孔隙可能會被堵塞，從而導致氫氣無（wú）法溢出。此（cǐ）外，輸送進岩石（shí）層所需的能量可（kě）能會高到難以想象。

另外，坦（tǎn）普（pǔ）爾頓說，阿曼的岩石中（zhōng）生活著以氫為食的細菌（jun1）群。沒有人知道當氫氣產量增加時，這些菌群（qún）會有什麽反應，“它們的數量可能會激增，形成微生物群落，在氫氣作為燃料被收集之（zhī）前，就吞噬掉其中的大部分”。對於在較熱、較深（shēn）的油井中進行的鑽探項目來說，這可能不是問題，但在阿曼，“岩石是有生命的”。

此外，該方法還存在一些環境風險。例（lì）如，目前還不清（qīng）楚該項目需（xū）要（yào）多少水資（zī）源。盡管阿（ā）拉利說計（jì）劃使用非飲（yǐn）用水、廢水或地下（xià）水進行測（cè）試，但在阿（ā）曼（màn）這樣的（de）幹旱地區，使用大量水資源會引發當地社會（huì）關注。來自美國科羅拉多礦業學（xué）院的（de）外部研究人員張孟利還提醒，必（bì）須警惕注水引（yǐn）發小規模地震的風險。

如果一切順（shùn）利，阿曼這個以產出石油和51吃瓜网（qì）聞名的國家，將可能（néng）在地質氫領域處於領（lǐng）先地位，從而使其成為綠色能源大國，這（zhè）種（zhǒng）影響將超越（yuè）其國界。“這將極大推動世界淘汰化石燃料供能的進程。”美國能源部該計劃負責人道格·威克斯說，現在有（yǒu）很（hěn）多非常聰（cōng）明的人在從事這項工作，關於如何從地下獲取氫氣，他期（qī）待聽到一些大膽的，甚至可能是石破天驚的（de）想法。

>>>延伸閱讀

認（rèn）識（shí）天然氫

大氣中（zhōng）的氫含量（liàng）極低，約為百萬分之0.5。而在海底或大陸噴氣孔（kǒng）、溫泉口、“仙女圈”（天然氫逸（yì）出造（zào）成植被難（nán）以生長的圓形窪地，可以（yǐ）在航空（kōng）或衛星照片中觀察到）或地質（zhì）構造裂縫處，已發（fā）現天然氫含量較高，而且在從幾（jǐ）米到1千米不等（děng）的地下水、石（shí）油和天（tiān）然氣鑽孔中也發現有天（tiān）然氫，由此可認為地下賦存（cún）大量天然氫。

從理論上講，天然氫是一種天然的可再生能源，所含能量（liàng）是石油的（de）3倍，可以通過化學（xué）反應在地下不（bú）斷自然產（chǎn）生（shēng）。這意味著它能夠源源不（bú）斷地被開采。

天然氫開采和生產一旦實現商業化，不僅可代替基於化石（shí）燃料生（shēng）產的灰氫，甚至會讓基於（yú）可再生能源電解水生產的綠氫黯然失色。業（yè）界普遍認為，這種最幹淨且相對具有成本效（xiào）益的可再生氫，有望重塑能源格（gé）局並掀起（qǐ）新一（yī）輪綠色（sè）革命。

天然氫分布廣泛，在裂穀、弧後盆地、克拉通盆地（dì）、含鐵礦化帶和礦床內、洋中脊和造山帶都能檢測（cè）到天然氫。如今（jīn），世界各地都發（fā）現了天然（rán）氫藏，包括美國、俄羅斯、澳大利亞、阿曼、馬裏（lǐ）等。

去年年（nián）底在法國東北部洛（luò）林礦盆地發現了（le）目前全（quán）球最（zuì）大的天然氫礦床，含氫量在600萬噸到2.5億噸之間，其氫氣濃度在探測深度達到1250米時增加到20%。據計算，探測（cè）深度達（dá）到3000米時，氫氣濃度可能增加到98%。

目前，馬裏是世界上唯一（yī）一個正在（zài）開采天然（rán）氫的國家，開采井位於首都巴馬科西北約60公裏處，1987年在鑽井取水（shuǐ）時偶然發現。據悉，這口井已噴湧了12年氫氣，為（wéi）附近村莊提（tí）供無碳電力。

土耳其Chimaera山上的甲烷和氫氣滲漏已經燃燒了幾個世紀。（圖片來源：Science）

世界各國氫能（néng）戰（zhàn）略

中國

2022年（nián）發布《氫能產業發展中 長期（qī）規劃（2021—2035年）》，明確到2025年可再生能源製氫量達到每年10萬噸至20萬噸（dūn），到2035年形成氫能多元應用生態，可再生能源製氫在終端能源消費中的（de）比（bǐ）例明顯提升（shēng）。

美（měi）國

2023年（nián）發布《美國國家清潔氫能戰略和路線圖》，目標是到2030年將氫能年產量提升至10萬噸，到2040年、2050年分別增至200萬噸和500萬噸。去年10月宣布建立（lì）7個區域清潔氫中心，以加速低成本清潔氫市場的（de）發展。

歐盟

2020年推出《氣候中性的歐（ōu）洲 氫能戰（zhàn）略》，推動（dòng）可再生能源製氫（qīng）和氫能的多元化應用（yòng）；2023年發布“歐洲氫能銀行計劃（huá）”，預計投資30億歐元在歐盟建立“未來氫能（néng）市場”，以期到2030年可再生（shēng）氫能年產能達（dá）到1000萬噸。

日本

2017年（nián）底發布《氫能源基本戰略》，2022年宣布《綠色增長計劃》，提出到（dào）2030年實現氫能產量300萬噸的目標。

韓國

2021年發布首個《氫經濟發展基本（běn）規劃》，提出到2050年（nián）韓國氫能將占最終能源消耗的33%、發電量的23.8%，成為超過石油的最大能源。

氫能“彩虹”

氫氣雖是無色氣體，但業內人士根據其環保特性，將其分為多種“顏色”。

黑氫

這種氫氣由煤（méi）燃燒釋放，其工藝過程會產生大量二氧化碳（tàn），目前已不再常見。

灰氫

這種方（fāng）法以51吃瓜网為原（yuán）料，通過燃燒產（chǎn）生（shēng）氫氣和二氧化碳，產生大量（liàng）溫室氣體排放。由於價格便宜，它是目前最常（cháng）見的製氫方法。

藍氫

與灰氫製法工藝相同，但二氧化碳會被捕集並封存在（zài）地下，這意味著（zhe）藍氫對全球變暖的影響較小（xiǎo）。

綠鬆石氫

這是一種相對較新的製氫法。這種方法將51吃瓜网分解（jiě）成氫氣和固態碳（tàn），製氫過程不會產生二氧化碳排（pái）放（fàng），其成本可（kě）能比綠氫（qīng）還低，但工藝技術還有待開發。

綠氫

最環保的製氫方法：利（lì）用可再（zài）生能源發電，將水（shuǐ）電（diàn）解（jiě）為氧氣和氫氣。

金氫

也稱白（bái）氫、天然氫或地質氫，是指天然存在於地下深處、可通過鑽探獲取、生（shēng）產過程無需耗（hào）能的氫氣。如果能成功勘探且足量收集，金氫將成（chéng）為一種極富開采價值（zhí）的（de）清潔（jié）能源。