“金氢”:清洁燃料新宝藏
来源:科技日报 2024年02月06日 09:30 作者:张佳欣
2024-02-06 09:30 来源:科技日报 作者:张佳欣

地下可能蕴藏着数万亿吨“金氢”,图片来源:《新科学家》网站 驶出马斯喀特,阿曼首都的白色建筑被哈加尔山脉前面的一片开阔的沙漠所取代。

地下可能蕴藏着数万亿吨“金氢”。图片来源:《新科学家》网站

驶出马斯喀特,阿曼首都的白色建筑被哈加尔山脉前面的一片开阔的沙漠所取代。沙漠中,有一处宁静的泉水,周围环绕着金色的草丛和枣椰树。泉水冒出一串气泡,而这正是一群地球物理学家要寻找的“宝藏”。

据英国《新科学家》网站报道,世界各地的勘探者正在争先恐后地探寻“金氢”(天然氢)的储量。阿曼的山脉是全球范围内寻找这种新的、具有潜在变革性的燃料的最前线。“金氢”是一种天然存在的气体燃料,无色无味且环保,燃烧时除了水之外什么也不会产生。

寻找天然氢源的热潮于去年12月14日被《科学》杂志列为2023年度十大科学突破之一。氢动力经济的梦想已存在了几十年。使用这种形式的氢将极大加快世界向净零排放过渡。然而,全球每年生产的氢气几乎都是通过天然气与水蒸气反应制取的,这一过程会释放大量二氧化碳。虽然有更清洁的方式来制造氢气,但这些方法目前在该行业中只占很小的份额。

地球或蕴藏数万亿吨“金氢”

“金氢”能源的发现可追溯到马里共和国的布拉克布古镇。2012年,该古镇附近的一口水井被发现含有大量氢气。经验证,这里的地底深层正源源不断地产生氢气。这种氢气被赋予多种名称:白氢、天然氢和金氢,但最正规的名称是地质氢。自那次发现以来,科学家们在法国、西班牙和澳大利亚对地下储氢层进行了大量勘探。2022年,美国地质调查局研究人员修正了对地下氢储量的估计。其模型显示,地下可能有数万亿吨“金氢”,远远超出此前猜测。只要能回收其中的一小部分,就足以满足人类几个世纪的氢需求。

但另一方面,人们也对所谓的“金氢热”持谨慎态度。地球上真正含有多少氢,以及有多少氢可提取出来,目前尚无定论。“金氢”是如何产生的也不清楚。研究人员认为,至少有一部分是在地球形成过程中从地幔逐渐渗入地壳的;另一些可能是放射性岩石将水分解成氧气和氢气而产生的;还有可能是蛇纹石化过程,即地下水与岩石中富含铁的矿物(如橄榄石)发生反应,生成氧化铁和氢气。

寻找“金氢”方法不断涌现

大多数“金氢猎人”都将蛇纹石化过程作为他们的目标。例如,总部位于美国丹佛的“天然氢能源”公司正在堪萨斯州寻找“金氢”。该公司试图发掘覆盖着不透水层的富铁岩石区域,认为这样珍贵的燃料可能会被密封在地下并堆积起来。美国氢能源初创公司Koloma和澳大利亚投资公司HyTerra也在用同样的方式寻找“金氢”。在阿曼,由于该地区独特的构造历史,这种富含铁的地质更多见。

当然,还有另一种方法来确定适合提取氢的区域。去年12月,在美国地球物理联盟会议上,有一场会议专门讨论了如何利用机器学习识别卫星图像中的裸土环(有时被称为“仙女圈”)。研究人员表示,已经在50多个这样的圆环形的土壤中测到了氢气,但氢气与这些神秘地形的关系尚不清楚。

这一发现令人兴奋。不过,“金氢”作为一种燃料仍有不足之处,尤其是在长距离运输方面。首先,这种气体具有可燃性;其次,氢气体积庞大,需要将其压缩或转化为其他化学物质(如液氨)后才能方便运输。

刺激地层生产“金氢”更快捷

美国能源部(DoE)准备投入2000万美元,刺激地质层可靠地生产天然氢。DoE计划负责人道格·威克斯表示,其想法是探索加速蛇纹石化过程的方法,从而从地下产生氢气。凭借人们熟知的地质学知识、富含铁的橄榄岩以及氢从地下冒出的明确证据,哈加尔山脉是检验这一想法的理想之地。今年晚些时候,研究人员将在这里钻探世界上第一口刺激氢井。

研究人员将尝试一种新策略来打碎地下深处的岩石,以增加注入水的表面积。这种方法由美国绿色能源公司Eden GeoPower开发,类似于天然气井水力压裂法,但使用的是电力而不是水。据该公司介绍,在埋入地下的电极之间输送高压电流,可加热岩石中的微小孔隙,使它们膨胀。

外部研究人员表示,将此类井的产氢率提高1万倍的目标是可行的,但不能保证一定成功。此外,该方法还存在一些环境风险。例如,目前还不清楚该项目需要多少水资源,还须防范注水引发小地震的风险。

如果一切顺利,阿曼这个以石油和天然气闻名的国家可能会因为“金氢”而成为绿色能源大国。

【责任编辑:刘澄谚 】

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