科技创新世界潮|地质氢：未来的绿能不是梦

科技日报记者 刘霞

提取地下氢气用作清洁燃料，这一尝试得到了美国能源部的大力推动，能源部下属高级能源研究计划署（ARPA-E）9月初宣布，将提供2000万美元资金用于推进地下矿物生产氢（所谓“地质氢”）的技术。

橄榄石矿物，如镁橄榄石，在与地下水相互作用时会产生氢气。
图片来源：史密森国家自然历史博物馆/美国地质调查局

英国《新科学家》杂志网站在近日的报道中指出，短短一年时间，地质氢从科学边缘走到清洁能源的舞台中央，引发了不少初创公司的兴趣，纷纷致力于开发此项技术。

地质氢日益受追捧

随着人们对环保和可持续发展的日益重视，氢能作为新兴的清洁能源，已在全球引起广泛关注。氢气是一种无污染的能源，其燃烧过程中只产生水蒸气，不会释放任何温室气体或污染物。此外，氢气具有极高的能量密度，这些优势使其成为实现清洁能源转型的关键。

各国政府正在支持清洁生产氢气的各种努力，具有较大潜力的低碳型氢能源包括“蓝氢”和“绿氢”。“蓝氢”通过燃烧天然气和煤炭来制造，同时利用碳捕捉技术处理燃烧过程中产生的二氧化碳，但并不能完全保证“零碳”。利用太阳能、风能等可再生能源发电，再用这些电电解水生成的氢就是“绿氢”，整个过程不产生二氧化碳，被视为实现碳中和的最佳方式。

《新科学家》报道指出，地质氢可能更便宜，也同样清洁。地质氢由地下水与地幔中富含铁的岩石自然相互作用产生，对环境的影响几乎为零，有望成为一种可再生能源。

据美国地质勘探局官网2023年4月14日报道，地质学家已经知道有几十种自然过程可以产生氢气，但究竟哪些机制能产生大量氢气仍不清楚。普遍认为，例如地下水与橄榄石（一种呈绿色的镁铁硅酸盐）等富含铁的矿物相互作用时，会使水被还原为氧气和氢气，氧气与矿物中的铁结合，氢气就会逃逸到周围的岩石中。

在此基础上，ARPA-E希望资助促进地下矿物生产地质氢的方法。ARPA-E项目总监道格·威克斯表示，本次拨款项目专注于人工促进一种主要的制氢反应——蛇纹石化，当水在高温高压下遇到富含铁的岩石时，就会蛇纹石化。这些反应将橄榄石等矿物转化为蛇纹石，在这个过程中释放氢气。一种方法是将水泵入地下，它会与富含铁的矿物相互作用，产生氢气——有时也被称为“橙色氢气”。

众多团队和公司看到机会

美国地质调查局的杰弗里·埃利斯表示，随着越来越多团队和公司致力于获取地质氢用作清洁能源，人们对地质氢的热情也日益高涨。埃利斯近日就阿曼地质氢的潜力与阿曼政府进行了磋商。

德克萨斯大学奥斯汀分校的托蒂·拉森表示，其团队正在寻找催化剂，通过将水和富含铁的岩石混合，可以降低制造氢气所需的温度。总部位于科罗拉多州的天然氢能源公司也准备在美国内布拉斯加州和堪萨斯州进行钻探，该公司认为刺激地下矿物生产地质氢比提取天然氢气面临更多挑战，但也有更大潜力。

美国初创公司Koloma获得了由比尔盖茨的突破能源风险基金等提供的9100万美元融资，是地质氢行业资金最充足的实体。公司已经开始在美国中西部钻探首口井，收集岩石和气体样本进行分析。他们的目标是确定氢气纯度和产量最高的地点，以最终将这些资源转化为实用的清洁能源。

该公司可利用地下蛇纹石化过程不断产生再生氢。在此过程中，地下的铁和镁基矿物在水中分解，产生富氢流体和其他矿物，这一过程可满足全球30%的氢气需求。

对地质氢的追求不仅限于Koloma，壳牌、英国石油和雪佛龙等主要能源公司也正在调查这种可再生能源。澳大利亚的金氢公司（Gold Hydrogen）也加入了地质氢的探索活动。总部位于蒙特利尔的Hydroma甚至开始从多年前在马里发现的井中提取氢气。

开采氢气仍有很大挑战

美国地质调查局官网指出，虽然地质氢带来了希望，但要真正开掘地质氢能源，仍然需要开展进一步研究。

科学家指出，地质氢这种资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氢气的地质储藏和从地下深处或近海开采氢气非常具有挑战性。鉴于此，美国地质调查局正在利用其在石油、地热和矿产资源等领域的专业知识，增进对地质氢资源潜力的理解。该机构计划发布一份地图，显示哪些区域最可能富含地质氢资源，并开发勘探工具和战略，以增进对地质氢能源的了解，帮助满足未来的能源需求。