“天然氫”的潛力
時(shí)間:2024-01-15 17:50來(lái)源:《環(huán)球》雜志 作者:韓嘯
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2023年12月初，法國(guó)政府批準(zhǔn)了該國(guó)第一個(gè)天然氫勘探計(jì)劃。法國(guó)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”。
這種存在于地下的氫氣，因其地下儲(chǔ)量豐富和無(wú)碳清潔等優(yōu)勢(shì)，也被稱(chēng)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(xué)界和能源領(lǐng)域走紅。業(yè)內(nèi)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(dòng)全球綠色革命。
被忽視的地下富礦
研究人員通常以顏色區(qū)分生產(chǎn)過(guò)程攜帶不同碳足跡的氫氣。“綠氫”被認(rèn)為是最純凈的氫氣，由可再生能源電解水產(chǎn)生。“最臟”的是“灰氫”，利用化石能源生產(chǎn)氫氣，過(guò)程中將產(chǎn)生的二氧化碳排放到大氣中。
法國(guó)是天然氫氣儲(chǔ)量最多的國(guó)家之一。為實(shí)現(xiàn)2050年政府碳中和目標(biāo)，法國(guó)近年來(lái)對(duì)氫能源替代化石燃料的可能性，特別是對(duì)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(guó)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(wàn)至2.5億噸氫，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的此類(lèi)礦藏之一。
法國(guó)能源轉(zhuǎn)型部表示，目前共收到6個(gè)勘探天然氫礦床的申請(qǐng)，另5個(gè)申請(qǐng)?jiān)趯彶殡A段。此次獲批的是TBH2Aquitaine公司在法國(guó)西南部比利牛斯-大西洋省的勘探申請(qǐng)，勘探地區(qū)面積約225平方公里。預(yù)計(jì)獲得下一輪許可后，該企業(yè)將于2到3年后正式開(kāi)始鉆探。
回溯歷史，人們不難發(fā)現(xiàn)，天然氫的蹤跡早已出現(xiàn)。
總部位于美國(guó)丹佛的Natural Hydrogen Energy公司首席執(zhí)行官、地球化學(xué)家維亞切斯拉夫·茲貢尼克發(fā)表論文稱(chēng)，關(guān)于天然氫的第一次科學(xué)討論可以追溯到1888年，當(dāng)時(shí)元素周期表之父德米特里·門(mén)捷列夫記錄稱(chēng)，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(shù)百起氫氣泄漏事件。
《科學(xué)》雜志報(bào)道稱(chēng)，雖然人類(lèi)探測(cè)石油和天然氣的歷史悠久，至今已勘測(cè)了數(shù)百萬(wàn)口井，但天然氫“長(zhǎng)時(shí)間被忽視”的原因是，氫是最小的分子，極易與碳、氧分子發(fā)生反應(yīng)形成其他化合物。因此，地質(zhì)學(xué)家早前認(rèn)為，即使氫氣幸存下來(lái)，也不太可能大量累積。
美國(guó)地質(zhì)勘探局有機(jī)地球化學(xué)家杰弗里·埃利斯說(shuō)，測(cè)井人員一般不會(huì)特意去測(cè)量氫氣，“這并非真正地在尋找氫，我們沒(méi)有使用正確的工具在正確的地方尋找。”
真正的突破發(fā)生在1987年，工人在西非國(guó)家馬里的布拉凱布古村打井取水時(shí)，遇到一場(chǎng)花費(fèi)數(shù)周時(shí)間才撲滅的大火。“白天火的顏色如藍(lán)色的波光粼粼的水，沒(méi)有黑煙污染。夜晚的火光像金色閃閃發(fā)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(xué)》雜志采訪時(shí)這樣介紹。
多年后，人們才揭開(kāi)這場(chǎng)大火的秘密。
2007年，馬里富商、天然氣公司Petroma董事長(zhǎng)阿利烏·迪亞洛獲得了布拉凱布古周邊地區(qū)的勘探權(quán)。2012年，勘測(cè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)井眼中流出的物質(zhì)是98%純度的氫氣。幾個(gè)月后，這里安裝了一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氫氣為村莊發(fā)電。目前，馬里也是世界上唯一一個(gè)開(kāi)采白氫的國(guó)家。
自2018年相關(guān)團(tuán)隊(duì)在《國(guó)際氫能雜志》上刊發(fā)其在馬里氫田的發(fā)現(xiàn)以來(lái)，能源界仿佛被投下了一枚巨石，余波不斷。
關(guān)于天然氫的形成、地質(zhì)分布和實(shí)用化可能性等相關(guān)問(wèn)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(dāng)?shù)叵滤诟邷馗邏涵h(huán)境下與鐵礦物發(fā)生反應(yīng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生天然氫。馬里天然氫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，這口鉆井十幾年來(lái)氫產(chǎn)量一直保持穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)減少的情況。
新賽道上的奔跑
根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2022年10月在美國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)會(huì)議上提出的模型，可能有足夠的天然氫來(lái)滿(mǎn)足人類(lèi)數(shù)千年對(duì)能源不斷增長(zhǎng)的需求。面對(duì)天然氫巨大的前景誘惑，來(lái)自澳大利亞、美國(guó)、歐洲等國(guó)家和地區(qū)的數(shù)十家初創(chuàng)公司正在爭(zhēng)奪氫能源勘探權(quán)。
在水力壓裂技術(shù)應(yīng)用廣泛、頁(yè)巖氣資源豐富的美國(guó)，監(jiān)管環(huán)境較為寬松。不過(guò)，《科學(xué)》雜志援引美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局研究員埃利斯的話(huà)表示，“出于我不知道的原因，天然氫還沒(méi)有在北美流行起來(lái)。”
2022年，美國(guó)石油地質(zhì)學(xué)家協(xié)會(huì)成立了第一個(gè)天然氫委員會(huì)，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局開(kāi)始努力，以確定美國(guó)有前景的氫生產(chǎn)區(qū)。維亞切斯拉夫·茲貢尼克表示：“我們還處于起步階段，但進(jìn)展會(huì)很快。”
2019年，維亞切斯拉夫·茲貢尼克領(lǐng)導(dǎo)的初創(chuàng)公司Natural Hydrogen Energy在內(nèi)布拉斯加州的玉米田和大豆田中鉆探了美國(guó)第一口氫井，目前計(jì)劃開(kāi)發(fā)新井。該公司透露，第一個(gè)白氫商業(yè)項(xiàng)目的投運(yùn)預(yù)計(jì)很快就會(huì)實(shí)現(xiàn)。
這是2023年12月12日在比利時(shí)安特衛(wèi)普-布魯日港拍攝的氫動(dòng)力拖船
得益于得天獨(dú)厚的地質(zhì)條件和新出臺(tái)的能源法規(guī)，氫能在南澳大利亞迅猛發(fā)展。2021年2月，南澳大利亞州擴(kuò)大石油法規(guī)適用范圍以允許鉆探氫氣，澳大利亞初創(chuàng)公司Gold Hydrogen聯(lián)合創(chuàng)始人盧克·泰特斯隨即提交申請(qǐng)，希望在約克半島和坎加魯島近8000平方公里的土地上進(jìn)行勘探。另外他還創(chuàng)建了兩家造紙公司，對(duì)數(shù)千平方公里的土地提出申請(qǐng)。2023年10月，該企業(yè)在南澳約克半島的拉姆齊項(xiàng)目試鉆了第一口白氫井。
在西班牙，初創(chuàng)公司Helios Aragon首席執(zhí)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(gòu)成，大約6500萬(wàn)年前，由于板塊運(yùn)動(dòng)，這些巖石被擠壓并抬升。蒙羅說(shuō)，深斷層將這些巖石中產(chǎn)生的氫引導(dǎo)到多孔砂巖層中，該砂巖層上覆蓋著致密的頁(yè)巖。
Helios Aragon公司計(jì)劃在2024年底鉆一口探井。蒙羅說(shuō)，“我們相信我們將成為歐洲第一口天然氫井。”不過(guò)，由于該企業(yè)的租約是根據(jù)西班牙石油法簽訂的，2021年西班牙氣候法出臺(tái)后，新業(yè)務(wù)被暫停。在西班牙對(duì)氫氣鉆探禁令解除前，該企業(yè)將無(wú)法進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)。
碳中和與氫能
當(dāng)前，人們對(duì)天然氫的研究仍處于早期階段，天然氫的形成過(guò)程、遷移、如何實(shí)用化等難題有待科學(xué)家們和企業(yè)持續(xù)研究、實(shí)驗(yàn)和解密。
值得注意的是，盡管氫是無(wú)碳的，但氫能作為能源也有其缺陷，主要是儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葐?wèn)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(chē)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(chǎn)生一筆巨額費(fèi)用。同樣，大多數(shù)專(zhuān)家認(rèn)為電熱泵比氫爐更有開(kāi)發(fā)價(jià)值。
不過(guò)，美國(guó)麻省理工學(xué)院能源系統(tǒng)研究員達(dá)里克·馬拉普拉加達(dá)表示，全球預(yù)計(jì)能源需求的一半將難以通過(guò)改用電力來(lái)實(shí)現(xiàn)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(yáng)能或風(fēng)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(yōu)勢(shì)。高盛集團(tuán)發(fā)表報(bào)告預(yù)測(cè)，到2030年，全球氫能市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)1倍多，達(dá)到2500億美元，到2050年可達(dá)1萬(wàn)億美元。
文章標(biāo)簽：
氫
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