科技創新世界潮|地質氫：未來的綠能不是夢

科技日報記者?劉霞

提取地下氫氣用作清潔燃料，這一嘗試得到了美國能源部的大力推動，能源部下屬高級能源研究計劃署（ARPA-E）9月初宣布，將提供2000萬美元資金用于推進地下礦物生產氫（所謂“地質氫”）的技術。

橄欖石礦物，如鎂橄欖石，在與地下水相互作用時會產生氫氣。
圖片來源：史密森國家自然歷史博物館/美國地質調查局

英國《新科學家》雜志網站在近日的報道中指出，短短一年時間，地質氫從科學邊緣走到清潔能源的舞臺中央，引發了不少初創公司的興趣，紛紛致力于開發此項技術。

地質氫日益受追捧

隨著人們對環保和可持續發展的日益重視，氫能作為新興的清潔能源，已在全球引起廣泛關注。氫氣是一種無污染的能源，其燃燒過程中只產生水蒸氣，不會釋放任何溫室氣體或污染物。此外，氫氣具有極高的能量密度，這些優勢使其成為實現清潔能源轉型的關鍵。

各國政府正在支持清潔生產氫氣的各種努力，具有較大潛力的低碳型氫能源包括“藍氫”和“綠氫”。“藍氫”通過燃燒天然氣和煤炭來制造，同時利用碳捕捉技術處理燃燒過程中產生的二氧化碳，但并不能完全保證“零碳”。利用太陽能、風能等可再生能源發電，再用這些電電解水生成的氫就是“綠氫”，整個過程不產生二氧化碳，被視為實現碳中和的最佳方式。

《新科學家》報道指出，地質氫可能更便宜，也同樣清潔。地質氫由地下水與地幔中富含鐵的巖石自然相互作用產生，對環境的影響幾乎為零，有望成為一種可再生能源。

據美國地質勘探局官網2023年4月14日報道，地質學家已經知道有幾十種自然過程可以產生氫氣，但究竟哪些機制能產生大量氫氣仍不清楚。普遍認為，例如地下水與橄欖石（一種呈綠色的鎂鐵硅酸鹽）等富含鐵的礦物相互作用時，會使水被還原為氧氣和氫氣，氧氣與礦物中的鐵結合，氫氣就會逃逸到周圍的巖石中。

在此基礎上，ARPA-E希望資助促進地下礦物生產地質氫的方法。ARPA-E項目總監道格·威克斯表示，本次撥款項目專注于人工促進一種主要的制氫反應——蛇紋石化，當水在高溫高壓下遇到富含鐵的巖石時，就會蛇紋石化。這些反應將橄欖石等礦物轉化為蛇紋石，在這個過程中釋放氫氣。一種方法是將水泵入地下，它會與富含鐵的礦物相互作用，產生氫氣——有時也被稱為“橙色氫氣”。

眾多團隊和公司看到機會

美國地質調查局的杰弗里·埃利斯表示，隨著越來越多團隊和公司致力于獲取地質氫用作清潔能源，人們對地質氫的熱情也日益高漲。埃利斯近日就阿曼地質氫的潛力與阿曼政府進行了磋商。

德克薩斯大學奧斯汀分校的托蒂·拉森表示，其團隊正在尋找催化劑，通過將水和富含鐵的巖石混合，可以降低制造氫氣所需的溫度。總部位于科羅拉多州的天然氫能源公司也準備在美國內布拉斯加州和堪薩斯州進行鉆探，該公司認為刺激地下礦物生產地質氫比提取天然氫氣面臨更多挑戰，但也有更大潛力。

美國初創公司Koloma獲得了由比爾蓋茨的突破能源風險基金等提供的9100萬美元融資，是地質氫行業資金最充足的實體。公司已經開始在美國中西部鉆探首口井，收集巖石和氣體樣本進行分析。他們的目標是確定氫氣純度和產量最高的地點，以最終將這些資源轉化為實用的清潔能源。

該公司可利用地下蛇紋石化過程不斷產生再生氫。在此過程中，地下的鐵和鎂基礦物在水中分解，產生富氫流體和其他礦物，這一過程可滿足全球30%的氫氣需求。

對地質氫的追求不僅限于Koloma，殼牌、英國石油和雪佛龍等主要能源公司也正在調查這種可再生能源。澳大利亞的金氫公司（Gold Hydrogen）也加入了地質氫的探索活動。總部位于蒙特利爾的Hydroma甚至開始從多年前在馬里發現的井中提取氫氣。

開采氫氣仍有很大挑戰

美國地質調查局官網指出，雖然地質氫帶來了希望，但要真正開掘地質氫能源，仍然需要開展進一步研究。

科學家指出，地質氫這種資源在很大程度上仍未得到充分利用，主要原因在于定位大量氫氣的地質儲藏和從地下深處或近海開采氫氣非常具有挑戰性。鑒于此，美國地質調查局正在利用其在石油、地熱和礦產資源等領域的專業知識，增進對地質氫資源潛力的理解。該機構計劃發布一份地圖，顯示哪些區域最可能富含地質氫資源，并開發勘探工具和戰略，以增進對地質氫能源的了解，幫助滿足未來的能源需求。