橄欖石礦物，如鎂橄欖石，在與地下水相互作用時會產(chǎn)生氫氣。
圖片來源：史密森國家自然歷史博物館/美國地質(zhì)調(diào)查局
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(jìn)地下礦物生產(chǎn)氫(所謂“地質(zhì)氫”)的技術(shù)。
英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站在近日的報道中指出，短短一年時間，地質(zhì)氫從科學(xué)邊緣走到清潔能源的舞臺中央，引發(fā)了不少初創(chuàng)公司的興趣，紛紛致力于開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)。
地質(zhì)氫日益受追捧
隨著人們對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)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(guān)注。氫氣是一種無污染的能源，其燃燒過程中只產(chǎn)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(yōu)勢使其成為實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。
各國政府正在支持清潔生產(chǎn)氫氣的各種努力，具有較大潛力的低碳型氫能源包括“藍(lán)氫”和“綠氫”。“藍(lán)氫”通過燃燒天然氣和煤炭來制造，同時利用碳捕捉技術(shù)處理燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化碳，但并不能完全保證“零碳”。利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電，再用這些電電解水生成的氫就是“綠氫”，整個過程不產(chǎn)生二氧化碳，被視為實(shí)現(xiàn)碳中和的最佳方式。
《新科學(xué)家》報道指出，地質(zhì)氫可能更便宜，也同樣清潔。地質(zhì)氫由地下水與地幔中富含鐵的巖石自然相互作用產(chǎn)生，對環(huán)境的影響幾乎為零，有望成為一種可再生能源。
據(jù)美國地質(zhì)勘探局官網(wǎng)2023年4月14日報道，地質(zhì)學(xué)家已經(jīng)知道有幾十種自然過程可以產(chǎn)生氫氣，但究竟哪些機(jī)制能產(chǎn)生大量氫氣仍不清楚。普遍認(rèn)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(jié)合，氫氣就會逃逸到周圍的巖石中。
在此基礎(chǔ)上，ARPA-E希望資助促進(jìn)地下礦物生產(chǎn)地質(zhì)氫的方法。ARPA-E項(xiàng)目總監(jiān)道格·威克斯表示，本次撥款項(xiàng)目專注于人工促進(jìn)一種主要的制氫反應(yīng)——蛇紋石化，當(dāng)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(yīng)將橄欖石等礦物轉(zhuǎn)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(chǎn)生氫氣——有時也被稱為“橙色氫氣”。
眾多團(tuán)隊和公司看到機(jī)會
美國地質(zhì)調(diào)查局的杰弗里·埃利斯表示，隨著越來越多的團(tuán)隊和公司致力于獲取地質(zhì)氫用作清潔能源，人們對地質(zhì)氫的熱情也日益高漲。埃利斯近日就阿曼地質(zhì)氫的潛力與阿曼政府進(jìn)行了磋商。
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的托蒂·拉森表示，其團(tuán)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(zhǔn)備在美國內(nèi)布拉斯加州和堪薩斯州進(jìn)行鉆探，該公司認(rèn)為刺激地下礦物生產(chǎn)地質(zhì)氫比提取天然氫氣面臨更多挑戰(zhàn)，但也有更大潛力。
美國初創(chuàng)公司Koloma獲得了由比爾蓋茨的突破能源風(fēng)險基金等提供的9100萬美元融資，是地質(zhì)氫行業(yè)資金最充足的實(shí)體。公司已經(jīng)開始在美國中西部鉆探首口井，收集巖石和氣體樣本進(jìn)行分析。他們的目標(biāo)是確定氫氣純度和產(chǎn)量最高的地點(diǎn)，以最終將這些資源轉(zhuǎn)化為實(shí)用的清潔能源。
該公司可利用地下蛇紋石化過程不斷產(chǎn)生再生氫。在此過程中，地下的鐵和鎂基礦物在水中分解，產(chǎn)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(zhì)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(diào)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(zhì)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(fā)現(xiàn)的井中提取氫氣。
開采氫氣仍有很大挑戰(zhàn)
美國地質(zhì)調(diào)查局官網(wǎng)指出，雖然地質(zhì)氫帶來了希望，但要真正開掘地質(zhì)氫能源，仍然需要開展進(jìn)一步研究。
科學(xué)家指出，地質(zhì)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(zhì)儲藏和從地下深處或近海開采氫氣非常具有挑戰(zhàn)性。鑒于此，美國地質(zhì)調(diào)查局正在利用其在石油、地?zé)岷偷V產(chǎn)資源等領(lǐng)域的專業(yè)知識，增進(jìn)對地質(zhì)氫資源潛力的理解。該機(jī)構(gòu)計劃發(fā)布一份地圖，顯示哪些區(qū)域最可能富含地質(zhì)氫資源，并開發(fā)勘探工具和戰(zhàn)略，以增進(jìn)對地質(zhì)氫能源的了解，幫助滿足未來的能源需求。
