超萬(wàn)億噸!白氫：下一個(gè)“地下金礦”?

2月初，一則新聞引發(fā)全球能源界注目——法國能源勘探公司Mantle8宣布獲得340萬(wàn)歐元種子資金，投資方包括由比爾·蓋茨創(chuàng )立的突破能源基金(Brea kthrough Energy Ventures)、氣候科技風(fēng)投公司Kiko Ventures等知名機構。Mantle8表示，計劃到2030年找到1000萬(wàn)噸天然氫(也稱(chēng)白氫或金氫)，目標是實(shí)現0.80美元/千克的氫氣量產(chǎn)，以“徹底改變清潔能源市場(chǎng)”。

該消息一經(jīng)發(fā)布，激起千層浪。業(yè)內開(kāi)始關(guān)注：目前全球白氫賦存和開(kāi)發(fā)現狀如何?面臨哪些瓶頸?未來(lái)前景幾何?

“可再生”的零碳能源

在氣候變化問(wèn)題日益嚴峻的背景下，氫能作為一種清潔高效能源，正成為全球關(guān)注焦點(diǎn)。

目前，全球氫氣年消耗量約5000萬(wàn)噸，其中約95%來(lái)源于化石能源，即灰氫。利用可再生能源生產(chǎn)的綠氫雖環(huán)保，但成本高昂，僅占全球氫氣產(chǎn)量的1%左右。白氫的發(fā)現，則為這一困局提供了新思路。

白氫，指自然界中天然生成的氫氣資源。其生成機制目前尚未有定論，但地質(zhì)學(xué)家通常歸結為水巖反應、地殼輻射裂解、深源釋放等途徑。這些機制使白氫具備“可再生”特性——只要地質(zhì)活動(dòng)持續，氫氣就能不斷生成。

白氫之所以備受關(guān)注，源于其獨特優(yōu)勢：一是低成本，它自然存在于地殼中，開(kāi)采成本可低至每千克0.5美元，僅為綠氫的十分之一;二是低碳環(huán)保，它是真正意義上的零碳能源，與太陽(yáng)能、風(fēng)能等一樣對環(huán)境無(wú)污染;三是高效率，其生產(chǎn)應用無(wú)需進(jìn)行多次能量轉換;四是儲量豐富，據美國地質(zhì)勘探局(USGS)2022年的估算模型，地球巖層中可能蘊藏超萬(wàn)億噸白氫，可滿(mǎn)足人類(lèi)未來(lái)上千年的燃料和肥料需求。

全球勘探力度正加大

早在幾個(gè)世紀以前，人類(lèi)就知道地下存在天然生成的氫氣，但由于存在其無(wú)法富集的認知偏差，長(cháng)期沒(méi)有進(jìn)一步探索。

直到1987年，加拿大Hydroma公司在非洲馬里鉆探水井時(shí)發(fā)生爆炸和大火，火焰顏色如同藍色海水，且沒(méi)有黑煙污染。人們只覺(jué)驚奇，但未進(jìn)行深入研究。2012年，勘測團隊發(fā)現水井眼中流出的是純度高達98%的氫氣。2016年，該公司在此建成一口氫井，年產(chǎn)量5噸，成本僅0.5美元/千克，被用于30千瓦的發(fā)電廠(chǎng)發(fā)電。至此，人類(lèi)開(kāi)啟了白氫勘探開(kāi)發(fā)之門(mén)。

隨后，全球掀起白氫“淘金熱”。其中，2023年是個(gè)重要年份。

2023年9月，USGS在雪佛龍和BP公司支持下成立天然氫研究聯(lián)盟，并啟動(dòng)2000萬(wàn)美元的研發(fā)計劃。NH2E、HyTerra兩家企業(yè)完成多口試探性鉆井，確定北美中部裂谷系為白氫富含地，最高含量91%，并開(kāi)始商業(yè)化開(kāi)發(fā)部署。

2023年，澳大利亞頒發(fā)30個(gè)白氫勘探許可證。Gold Hydrogen公司在約克半島探井發(fā)現濃度高達73.3%的白氫，潛在氫氣量21萬(wàn)～880萬(wàn)噸。

2023年5月，法國洛林地區鉆井至1200米發(fā)現濃度為20%的白氫，預計儲量4600萬(wàn)噸。政府計劃投入巨資研究，并已批準首個(gè)勘探許可證。

此外，西班牙在barbasstro和Monzón之間的地區發(fā)現白氫礦井，Helios Aragón公司已取得勘探許可,預計2028年投產(chǎn)。韓國國家石油公司也宣布,發(fā)現5處潛在天然氫源……

為此，2023年《科學(xué)》雜志將“尋找天然氫源的熱潮”列為當年十大科學(xué)突破之一?？茖W(xué)家甚至預言，白氫可能成為比石油更持久的“地下金礦”，顛覆傳統氫能產(chǎn)業(yè)的游戲規則。

目前，中國尚無(wú)白氫勘探及開(kāi)采項目披露，但資源分布數據及研究已有一定積累。如我國在松遼盆地的個(gè)別鉆井中發(fā)現氫氣含量高達85.54%，在柴達木盆地三湖地區2號井的巖屑罐頂氣中，檢測到含量最高可達99%的氫氣。此外，在云南騰沖部分熱泉、山西沁水煤礦和煤井、渤海灣盆地，我國均有低濃度白氫發(fā)現案例。

開(kāi)發(fā)利用面臨挑戰

盡管白氫展現出誘人的發(fā)展前景，但要真正實(shí)現商業(yè)化開(kāi)發(fā)應用，仍面臨挑戰。

首先，要準確定位和評估白氫儲量是個(gè)難題。目前，白氫檢測和分析技術(shù)還不完善，僅少數實(shí)驗室用科學(xué)分析儀器設計有氫傳感器。因此，包含有氫氣信息的鉆井數據很少，白氫逸出量難以得到確切統計，現有資源評估的準確度有限。

其次，勘探技術(shù)面臨瓶頸。氫氣質(zhì)量輕、溶解度小、極易揮發(fā)遷移，在地質(zhì)圈閉構造中難以高濃度富集，其分布分散的現狀增加了開(kāi)發(fā)利用難度。目前，人們正引入礦物和地熱勘探技術(shù)，以尋求更有效的白氫勘探策略。但正如USGS石油地球化學(xué)家杰弗里·埃利斯所言：“我們可能會(huì )經(jīng)歷數十年的嘗試與錯誤，但速度至關(guān)重要。若新資源開(kāi)發(fā)需要200年之久，那實(shí)際意義將大打折扣。”

再次，開(kāi)發(fā)成本不定。雖然理論上白氫開(kāi)采成本較低，但實(shí)際規?；_(kāi)發(fā)成本還有待驗證。據馬里井的估算，白氫生產(chǎn)成本約為0.5美元/千克。不過(guò)，類(lèi)似的情況并不普遍。目前發(fā)現的白氫主要位于100～2000米深度，但國內外研究均指向大規模白氫可能封存在地球深處。若大量礦藏需更深鉆探，開(kāi)發(fā)成本可能迅速上升。而此前業(yè)界推算，白氫按照1美元/千克的價(jià)格生產(chǎn)，才能與天然氣競爭。

此外，要高效安全開(kāi)采、儲存和運輸白氫，還需開(kāi)發(fā)一系列配套技術(shù)。由于白氫是個(gè)新興領(lǐng)域，相關(guān)政策法規和支持措施還有待完善。

鑒于此，關(guān)于“白氫能否帶來(lái)一場(chǎng)新‘能源革命’”的設問(wèn)，答案還需時(shí)間驗證。