地下氢或将掀起绿色能源革命——前提是企业能够找到它

各家企业正竞相钻探勘探氢气，希望发掘一种成本极低的绿色能源。两名头戴安全帽、佩戴手套的工人正在蓝天下操作一台大型钻探设备。

图片来源：海特拉（HyTerra）有限公司：该公司曾在堪萨斯州内马哈地区开展氢气勘探，但当地的气体储量达不到商业化开采的要求。

为应对全球变暖，近30个国家的能源勘探者正在寻找一项有望改写格局的资源。他们的目标是埋藏于地下深处、储藏在隐秘矿层中的氢气。勘探人员希望找到规模庞大的地质氢储层——储量大到足以让这种气体成为化石燃料的绿色替代品。

氢气革命对拯救地球能起到什么作用，又有哪些局限

氢气燃烧发电时，唯一的副产物是水蒸气，不会排放二氧化碳。地质氢的潜在价值令能源专家们兴奋不已。自2023年起，风险投资家已经为勘探这类矿藏投入了近5亿美元。

一份2024年的分析报告表明，地球地下可能蕴藏着数十万亿吨氢气¹。即便只有一小部分能够实现盈利开采，地质氢也可以满足全球预计200年的清洁能源需求，其开采成本有望达到甚至低于化石燃料。总部位于英国伊普瑟姆的氢气勘探企业H2Au的负责人奥韦恩·杰克逊表示：“这就是该领域发展势头如此迅猛的原因。”这家企业已于8月在堪萨斯州启动钻探作业。

但这一切也有可能只是空想。目前没人能确定，地质氢是否存在规模足以匹配外界期待的大型矿藏。正因如此，众多企业争相在多处地质构造开展钻探，范围从加拿大北部到东非，再到南澳大利亚。未来几个月内，这些钻井就会产出勘探结果，为判断地质氢的开发潜力提供关键线索。

伦敦大学皇家霍洛威学院地球物理学家戴维·沃尔瑟姆说道：“现阶段，我们仍不清楚地下的地质氢是几乎微乎其微，还是分布十分广泛。”

尚不明确的资源储量

这股勘探热潮让地质学家们始料未及。杰克逊称：“五年前，维基百科上甚至还没有‘天然氢’这一词条。”

为什么几十年前没有开启氢气勘探？沃尔瑟姆表示：“说白了，就是过去所有人都认为地下不存在这种气体。”

英国牛津大学地质学家克里斯·巴伦廷谈到，即便是研究地球内部产氢现象的科研人员，也从未设想过氢气能够在地下聚集，形成可供开采的大型矿藏。

氢气生成的基础地球化学原理已经得到充分证实²。富含铁的火成岩（例如橄榄石）与水发生反应，就会生成氢气。铀或钍发生放射性衰变释放出α粒子，α粒子撞击水分子使其裂解，同样可以产生氢气。通过上述过程生成的氢气沿着岩层向地表渗透时，能够维系地下微生物群落生存。

巴伦廷说：“很长一段时间以来，我一直在研究能够生成天然氢气的各类地质系统，但我研究的出发点是把氢气当作微生物的能量来源，而非人类社会可用的能源。”

欧盟领导人不应仓促修订绿氢相关法规

过去科研人员普遍认为，地下生成的氢气无法聚集形成可供开发的地质矿藏。

供职于法国尚贝里拉瓦锡氢气地质咨询公司的埃里克·戈谢表示：“地球既是一个能够产出巨量氢气的机器，同时也是一个会消耗巨量氢气的机器。”他同时牵头巴黎国际能源署的天然氢专项工作组。地下的微生物会消耗氢气，各类地球化学反应也会消耗氢气。地质学家此前认为，那些躲过上述消耗过程的氢气，也会穿过岩层泄漏，消散到大气之中；因为氢分子体积极小，很难被不透水岩层封闭禁锢在地下。

2018年，部分地质学家开始对这一固有观点产生怀疑。当年，有研究人员发表报告，称在马里发现一处规模可观的氢气矿藏³。巴伦廷回忆：“该发现首次登上学术期刊，立刻引起了我们的注意。”地质学家由此推断，地下或许还存在更多氢气矿藏，等待人们发掘。

还有另一类证据支撑该观点：深层矿井内会积聚氢气，为防止爆炸，必须把氢气抽排出去。例如2024年有研究发现，阿尔巴尼亚一座铬铁矿每年至少释放200吨氢气，这也是人类记录到的规模最大的天然氢气释放流量之一⁴。

开采获取氢气

如果地下能找到储量可观的氢气矿藏，氢气经济的愿景就有望重燃。在设想的未来图景中，氢气可以在诸多领域替代化石燃料。长久以来，支持者一直提倡利用可再生能源电解水制取氢气，用于发电和驱动清洁能源交通工具。但到目前为止，制取这种氢气的成本高得让人望而却步，不少人也对氢能能够产生多大实际效益持怀疑态度。

倘若廉价、储量充足的地质氢真实存在，局面将会彻底改变。虽然生成地质氢的地质过程十分缓慢，并且地质氢属于相对有限的资源，但相关估算显示，地下已经积聚的氢气储量，或许足够为人类争取充足时间，去研发其他不会加剧气候变化的替代能源。不过科研人员首先要解答诸多疑问：不同地质条件下氢气的生成速率、氢气在岩层中的运移规律、氢气可能聚集的位置，以及被封存后氢气能够留存多久。

部分不确定性可以借助实验室实验缩小范围。例如巴伦廷正在研究不同含铁岩石的产氢速率，以及部分溶解矿物质如何大幅加速元素放射性衰变生成氢气。他说：“掌握这些基础信息之后，我们就可以逐步优化勘探策略。”

研究人员表示，最具开发前景的地质环境之一，就是富铁岩层紧邻不透水盖层的区域。北美大陆腹地就存在这类地质条件：近十亿年前，这片大陆发生裂解，之后裂解活动中止，留下大量富铁岩层。多家初创企业已经在内布拉斯加州、堪萨斯州、艾奥瓦州划下勘探区块，开启勘探钻井。

雅典佐治亚大学地球物理学家张梦丽（音译）介绍，精准定位钻井点位十分复杂，需要用到卫星与机载的多种遥感技术。戈谢提到，磁场特征可以用来圈定勘探靶区；橄榄石和水发生反应会生成磁铁矿，会留下对应的磁场信号。

关于地质氢，仍有大量问题悬而未决，研究人员表示关键在于开展多样化环境下的勘探。张梦丽说：“我们需要加大钻探方面的投入。”

过度吹捧氢燃料，或将危及净零排放目标

和所有自然资源开采一样，开发地质氢也会带来一定环境风险。氢气会提升大气中温室气体浓度，进而加剧全球变暖，因此杜绝气体泄漏至关重要。巴伦廷提到，天然氢气矿层中可能会伴生天然气，处理这类杂质会产生温室气体排放，但整体碳足迹应该处于较低水平。

张梦丽给出这样一个参照视角：所有清洁能源开发都离不开自然资源开采，太阳能板、风力涡轮机、电池这些技术，都需要开采各类矿物与金属。

巴伦廷认为，如今多家企业已经投身勘探，要判断天然氢能否在清洁能源转型中发挥作用，并不会耗费太长时间。“如果这件事具备可行性，我预计未来两到三年内，我们就能看到概念验证成果——也就是产出流动的氢气。”

人们寄希望于，部分正在钻探的钻井能够产出稳定的氢气气流，同时为后续勘探指明最具潜力的地质环境。

杰克逊说道：“我们现在最缺的就是实证。不管勘探结果是好是坏，钻井打得越多，拿到的实证就越多，这总归是好事。”

支持单位：