洛朗·特魯什是法國格勒諾布林阿爾卑斯大學的地球化學家，近十年來一直在尋找天然存在的氫氣。今年，在阿爾巴尼亞的一個鉻鐵礦中，他和他的同事們發現了“黃金”，或者說是元素週期表上的另一種元素。在地表以下近一公里的地方，他們發現了一個氫氣滲漏點，其強度之大竟將一個渾濁的排水池變成了一個類似按摩浴缸的東西。特魯什從未見過如此大的氫氣泡。“那真是太強烈了，”他說。
天然氫是分子形式的氫氣（H2），透過自然過程產生。它在地殼深處形成，可能會在其到達地面的途中被捕獲，從而形成氣體聚集。天然氫也被令人困惑地稱為“黃金”、“白色”或“地質”氫，它可以為我們提供比其他型別的氫更清潔的能源，因為產生它的過程中不涉及碳（當然，鑽探和分配仍然會涉及一些二氧化碳排放）。最近的一項研究估計，天然氫的溫室氣體強度為每公斤0.4公斤二氧化碳當量（kg CO2eq/kg），遠低於黑氫（由煤炭生產）的22-26 kg kg CO2e/kg 或藍氫（由天然氣生產）的10-14 kg CO2e/kg。
阿爾巴尼亞的發現是近期一系列類似發現中的最新一項，這些發現引發了人們對天然氫的興趣。去年，地質學家在法國北部破舊的礦業小鎮福爾什維萊爾下方的舊煤礦礦藏中發現了天然氫，當地媒體對此充滿希望，議論紛紛。有人稱之為“新石油”。另一些人稱之為“遊戲規則改變者”。“黃金國”這個詞也被提及。但特魯什發出警告，稱對這些發現的熱情為“氫氣熱”。“從某種意義上說，這很棒，因為它吸引了人們的注意力、資金和推動前進的動力，”他補充道。“但在另一方面，它也有點像狂野西部——充斥著許多誇大其詞。”
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
三十年前，科學家們認為天然存在的氫氣礦藏根本不存在。然而，已知的是，氫氣可以在地球深處透過一種稱為蛇紋石化的過程產生，這種過程發生在水到達地幔中富含鐵的岩石時。這種反應會改變岩石並從水分子中釋放出氫氣。已知其他過程也會產生氫氣，例如輻射分解——地球地殼內鈾和其他放射性元素輻射分解水分子。然而，人們理所當然地認為，作為最輕分子的氫氣會滲過岩層並逸入大氣，而不是像石油那樣聚集在儲層中。科學家們也認識到氫氣很容易被微生物消耗，理論認為，這將使儲層更不可能存在。“我花了 30 年時間從事石油和天然氣研究，並且非常認同這種心態，即，是的，氫氣就在那裡，但你永遠無法獲得聚集，”美國地質調查局的地球化學家 傑弗裡·埃利斯 說。
然後，在 1987 年，在馬裡村莊布拉凱布古試圖打一口水井的工人們注意到從洞中散發出不尋常的微風。當一名工人點燃香菸時，氣體爆炸成明亮的火焰——結果證明這股微風幾乎是純氫氣。出於安全原因，這口井很快就被水泥封住了。2012 年，一家加拿大公司（現名為 Hydroma）開始燃燒氫氣為當地居民供電，使其重新煥發生機，這是世界上第一個此類生產基地。幾年後，Hydroma 開始在布拉凱布古周圍鑽探，發現了更多含有天然氫氣的礦藏。
雖然科學家們認為馬裡的發現證明天然氫氣聚集確實是可能的，但還有其他跡象表明它們的存在。在土耳其，一個名為基邁拉滲漏的地點位於獻給希臘火神赫菲斯托斯的寺廟下方，自古代以來就一直在散發氫氣。在澳大利亞，20 世紀 20 年代和 30 年代在袋鼠島上鑽探石油的井被發現產生高濃度的氫氣——高達 84% 的氣體總成分。現在，在特魯什和他的同事們分析了阿爾巴尼亞地點的地質情況後，他們的發現增加了越來越多的資料，表明天然氫可以被困在地下。“他們提供了一些非常令人信服的證據，表明氣體聚集已經存在很長時間了，”埃利斯說。
那麼我們是如何錯過的呢？我們怎麼沒看到氫氣可能被困在潛在的可開發礦藏中呢？澳大利亞聯邦科學與工業研究組織 (CSIRO) 的地質學家 琳達·斯托克認為，科學家們根本沒有尋找這些儲層。幾十年前，在氣候災難的威脅尚未像現在這樣突出之前，尋找新能源的動力並不大。而且由於許多氫氣聚集似乎位於比石油和天然氣更淺的層中，工作人員可能只是鑽穿了它們。“你正全速前進，深入地下。你沒有取樣；你沒有測量；你沒有尋找，”斯托克說。
造成疏忽的另一個原因更為平淡無奇：石油工業用於分析氣體儲層的一種常用方法涉及使用氫氣作為載氣，這掩蓋了礦藏中發現的天然氫氣。這就是為什麼科學家們現在正在回去重新分析舊資料並重新檢查舊井。“人們開始意識到我們需要走出去，再次嘗試測量——並尋找氫氣，”斯托克說。
當特魯什和他的同事們篩選法國鑽探記錄資料庫時，他們發現了先前被忽視的沿著巴黎盆地斷層線鑽孔中高氫濃度的證據。與此同時，去年 10 月在澳大利亞約克半島，能源公司 Gold Hydrogen 在一口 20 世紀 30 年代被發現含有氫氣的井旁邊鑽了一口新井。而且氣體仍然存在。
重新考察舊址並不是識別潛在天然氫氣儲層的唯一方法。伊莎貝爾·莫雷蒂是法國波城大學和阿杜爾河地區大學的地質學家，她在世界各地尋找“仙女圈”——植物稀疏的橢圓形凹陷，周圍環繞著茂盛的植被。現在，藉助谷歌地球可以發現此類凹陷。從美國到奈米比亞、俄羅斯和澳大利亞，仙女圈都與滲漏到地表的氫氣有關，氫氣會滲入土壤。莫雷蒂說，仙女圈的奇異外觀很可能是由氫氣向上遷移並改變土壤微生物群的方式引起的，而土壤微生物群隨後會影響植被。“這個圈與一定深度的一個洩漏點相容，然後氣體上升到地表，”莫雷蒂說。
雖然仙女圈可能是地質氫存在的跡象，但它們並不能保證地下儲層的存在。“如果沒有密封層或不透水的岩石，它就會全部逸入自然界，”莫雷蒂說。這就是為什麼科學家們正在努力確定哪些型別的岩石可以有效地捕獲天然氫氣。在馬裡，這種岩石似乎是粗玄巖——一種類似於玄武岩的深色岩漿岩。鹽也可能充當逸出氫氣的密封層，火山岩床（岩層之間的水平岩漿侵入體）也可以。莫雷蒂說：“人們意識到，事實上，許多岩石都能夠承受一定高度的氫柱。”一旦這樣的蓋層就位，就可能形成儲層。
利用當前關於天然氫氣產生、捕獲和遷移的知識，埃利斯和他在美國地質調查局的同事建立了一個未公開的模型來估計實際儲存在地下的氫氣量。他們得出的估計值在數千兆噸到數萬億噸之間，最有可能的數字徘徊在“大約五百萬兆噸”，埃利斯說。2022 年全球氫氣需求量為95 兆噸，這似乎是巨大的。但是，埃利斯承認，“這個模型的所有輸入都存在很多不確定性。”更重要的是，這些氫氣礦藏中的大多數從商業角度來看都是無法使用的。“它很可能離岸太遠，或者只是太深，或者太小，因此從經濟角度來看，它永遠無法生產，”埃利斯說。
然而，即使數字較小，希望也不會破滅。今年 2 月，美國能源部宣佈選定資助專案，代表美國首次為從深層岩層中提取天然氫氣的先進技術提供主要資金。莫雷蒂說，雖然天然氫氣儲層可能與石油和天然氣行業已知的儲層不同，但對於在地熱行業工作的人來說，它們應該相當熟悉。天然氣鑽探的一些工具也將在天然氫氣田中找到用武之地。澳大利亞 Gold Hydrogen 公司估計，它可能從約克半島和附近的袋鼠島的地點回收約 130 萬噸氫氣。在西班牙，另一家公司希望從 2029 年開始，每年生產多達 7 萬噸。天然氫氣研究員兼 Natural Hydrogen Energy LLC 執行長維亞切斯拉夫·茲貢尼克表示，在美國，有兩家公司在內布拉斯加州和亞利桑那州進行了鑽探——目前，他們對結果保密。
天然氫氣可以為我們的汽車提供動力，照亮我們的房屋，併為目前依賴甲烷的各個行業（從水泥到鋼鐵生產）提供更清潔的替代品。然而，它也可能被證明是另一隻獨角獸，讓我們分心，無法實施不那麼光鮮但要求更高的清潔能源解決方案。它可能會讓我們自欺欺人地認為，即使我們的工業社會繼續一切照舊，也會有救世主來拯救我們於氣候災難之中。也存在其他風險。2022 年的一項研究警告說，一旦氫氣逸入空氣中，可能會影響大氣化學，增加甲烷和臭氧的水平，這兩種都是強效溫室氣體。普林斯頓大學生物化學家兼該研究的主要作者馬泰奧·貝爾塔尼說，這就是為什麼“至關重要的是，在整個提取、運輸和儲存過程中，優先管理洩漏”。
斯托克說，到目前為止，天然氫氣產業似乎處於類似於 120 年前石油和天然氣企業所處的階段。“在可預見的未來，它將是高風險、高回報的，”她說。與此同時，埃利斯擔心的是，人們可能會過早放棄——一旦幾口井被證明是枯井。“今天不可能說這在商業上是否可行，”他說。但是“在瞭解如何使其發揮作用之前，我們可能需要鑽探數十甚至數百口井。”