数万亿吨天然氢？全球“寻宝人”疯狂入场
再有专家披露新的研究结果揭示，地下自然氢气的含量可能远超出了人们的预期，全球多地均有投入资金开展勘探的消息传出。支持者坚信化石燃料会被这些大量绿色能源代替。然而，也有质疑者认为，大规模利用可能并不实际，或者说成本效益较低。
马里布拉克布古的居民是全球目前唯一通过燃烧天然氢气获得能源的群体。据悉，当地1987年首次发现这种气体从村子水井深处冒出，其不含碳，燃烧时仅产生水。然而，马里的先行者可能很快便会失去其独特地位。地质学家曾经驳斥了地壳广泛富含氢的观点，然而如今他们表示，地球表面下可能存在数万亿吨未被注意到的氢，且一直在生成更多的氢。
近几个月来，勘探者一直在积极寻找氢气——在法国东北部、澳大利亚、西班牙、摩洛哥、巴西以及美国的内布拉斯加州、亚利桑那州和堪萨斯州进行氢气钻探。甚至比尔·盖茨也加入了氢能热潮，对一家正在美国中西部勘探氢的公司进行了重大投资。
一位支持者表示，提取天然氢“有望满足我们数百年的所有氢需求。”
支持者很看好。出生于乌克兰的地球化学家 Viacheslav Zgonnik 兹贡尼克对分散的科学文献进行了最详细的审查，他说：“即使我们能够提取我认为地下蕴藏量的 1%，也可以满足数百年的所有氢气需求。”
怀疑者发问：天然氢经济吗？对环境有影响吗？
但这样的说法有根据吗？开发氢气经济吗？对环境有不利影响吗？
氢越来越被视为传统化石燃料的潜在替代品，特别是在高炉、水泥厂、工业供暖以及长途航空和航运等不易用电力提供燃料的能源密集型工艺中。美国能源部长 Jennifer Granholm 称氢气为“到 2050 年实现净零经济的游戏规则改变者”。
但到目前为止，氢气的制造通常是通过将其与甲烷分离来实现的，这需要大量的能量。这意味着它的清洁程度取决于制造它所需的能源。目前全球工业每年使用 7000 万吨氢气，其中大部分来自化石燃料，依然有大量碳排放。
制造更环保的氢的希望在于利用风能或太阳能发电厂或水力发电大坝的可再生电力将水分解制氢。然而，这种电解水制氢方式目前比传统的煤制氢成本更贵些。
但如果氢气的制造是不必要的——因为地下有几乎无限量的自然产生的气体等待使用传统的石油钻探技术来开采——那可能会改变一切。支持者们越来越兴奋，因为世界可能正坐拥这样的资源。
科研人员表示，提取氢气应该很容易。只要有机会，气体就会渗到地表，因此可能只需要钻探即可提供一条路径。不需要水力压裂，但如果氢气与其他气体混合，可能需要纯化。
然而，大规模天然氢能源是否实用或是否具有成本效益仍然存在疑问。国际能源署去年 9 月发布的一份全球氢审查报告警告说，“[天然氢] 可能过于分散，无法以经济上可行的方式捕获”，并且“确切的成本影响仍有待确定”。”
环境科学家还担心，将这种氢释放到大气中可能会产生意想不到的后果，包括间接温室效应。大气化学家理查德·德文特在为英国当局撰写的一项研究中写道：“虽然它本身并不是污染物，但它可能会加速温室气体的积累……从而导致气候变化。”
成因：蛇纹石化产氢与“富氢星球”理论
地质学家早就知道地壳的过程可以从水中产生氢气。最普遍的方式似乎是蛇纹石化。当富含铁的岩石（例如橄榄石）与地下水和铁锈接触时，就会发生这种情况，捕获氧气以形成氧化铁并留下氢气。
这种橄榄石，富含铁，能与地下水反应产生氢气
直至近期，该化学反应仍被视为地质奇观。由于氢气是一种极为轻盈的气体，逃逸性极强，人们常识认为其会迅速渗透到周围的岩石或大气中，而不会达到有用的聚积数量。自俄罗斯地质学家弗拉基米尔·拉林在半个世纪前提出了人类生活在一个“富含氢的星球”的论点以来，鲜有研究人员对此假设进行深入探索。
长久以来，人们深信“自然界中游离氢是罕见的”。Zgonnik博士表示，他的公司于2019年在内布拉斯加州成功钻探了美国第一口氢井，证明天然氢资源是存在的。
Zgonnik博士指出，气相色谱中的标准分析技术助长了这一现象。传统上，气相色谱使用氢气作为惰性气体来携带样品，即便样品中存在气体，也可能无法被检测到。他指出，这有助于解释为什么在美国地质调查局(USGS)分析的100,000多个气体样本中，仅有8个记录到了高浓度的氢气。
丹佛美国地质调查局的地球科学家杰弗里·埃利斯（Geoffrey Ellis）表示赞同，他认为“地球科学家未能使用正确的工具在正确的地方寻找天然氢”。他与同事Sarah Gelman计划不久后发布一个新的建模工具，旨在填补这一空白。
储量估算：地下约10万亿吨，每年还在新增数亿吨
土耳其奇美拉山渗出的氢气引发火灾
埃利斯的早期计算表明，全球地下可能埋有约 10 万亿吨天然氢或“地质”氢。许多储量太深或太远而无法轻易开采——例如深海热液喷口周围。但如果埃利斯是对的，那么只需一小部分就可以满足世界几个世纪的需求。美国能源部 (DOE) 能源高级研究项目局的 Emily Yedinak 表示，在某些地方，它的开采成本可能低于每吨 1,000 美元，这使得它比制造氢气便宜得多。
天然氢不仅便宜且无碳，而且还是一种潜在的可再生资源。埃利斯估计，地球每年可能产生数亿吨新的天然氢。但他警告不要得意忘形。 “我持谨慎乐观的态度，”他说，“但我们需要更多数据才能令人信服。”
泄漏派与利用派之争
但有人根本不相信。爱丁堡大学地质学家斯图尔特·哈泽尔丁 (Stuart Haszeldine) 表示：“氢气的泄漏性非常大。它的泄漏速度几乎和它产生的速度一样快，当然，随着地质时间的推移，它不会大量积累。”
然而，Zgonnik却依然坚持相信这些泄漏的氢气以及被岩石锁住的储量都可以被利用。 “我们应该利用起来，否则它们将继续泄漏到地表并消失。”他建议，通过将水注入不含铁的岩石中，就可以增强或启动氢气生成过程。
全球勘探实例：马里、澳大利亚、法国与美国
第一个也是迄今为止唯一一个经常使用的天然氢源位于马里首都巴马科北部的 Bourakebougou 村。它是在一名工程师挖水井时的香烟引发小爆炸后发现的。该井正在开采地下浅层储量几乎纯净的氢气。
自 2012 年以来，马里前总统候选人阿利乌·迪亚洛 (Aliou Diallo) 成立的一家公司一直以每天约 50,000 立方英尺的速度从井中捕获氢气。这些气体为小型涡轮机提供燃料，为村里 1,500 名居民发电。该公司还与加拿大工程师合作，在周边地区另外钻探了 24 口井，在地表附近的岩洞中发现了丰富的氢储量。
在三年前的新冠疫情期间，地质学家卢克·泰特斯（Luke Titus）在翻阅南澳大利亚州政府的地质档案时，偶然发现了一份一个世纪前石油勘探者撰写的文件，其中报告在州首府阿德莱德附近的袋鼠岛上发现了氢气。这一发现引发了全州的氢气热潮。一项估计显示，该地区的氢气储量足以为阿德莱德提供40年的电力供应。
在法国东北部，地质学家在去年声称可能发现了迄今为止已知最大的矿藏——氢气储量高达2.5亿吨，纯度为98%。洛林大学地质资源实验室负责人雅克·皮罗农（Jacques Pironon）在前矿区煤层中寻找甲烷时发现了氢气。他表示，需要进行更深的钻探来确认发现的规模。
在美国，Zgonnik的天然氢能源公司以及内布拉斯加州和堪萨斯州的其他公司的成功钻探也鼓舞了其他人。去年，比尔盖茨的Breakthrough Energy Ventures加入了对科罗拉多州初创公司Koloma的9100万美元投资，该公司正在沿着苏必利尔湖以南1,200英里的中大陆裂谷寻找氢气。
科学找氢：建模地图与“仙女圈”地表渗漏
然而，到目前为止，许多勘探天然氢的行动还带有类似“寻宝人”的色彩。
为此，基于几十年前对石油和天然气行业进行的勘探经验，一些研究人员企图寻找更科学的方法来确定可开采的氢储量。
埃利斯和格尔曼正在使用建模工具，分析有可能产生氢气的岩石，然后将范围缩小到既有可积聚氢气的多孔岩石，又有可密封气体的邻近地层的地方。他们正在制作一张地图，显示美国寻找氢的最佳地点，预计将于今年晚些时候发布。
另一种方法是寻找地表的渗漏，这表明地下有活跃的氢气产生。俄亥俄州立大学的研究人员去年12月告诉美国地球物理联盟，人工智能扫描卫星图像可以通过寻找带有漂白土壤的椭圆形凹陷来确定可能的渗漏地点。
这些洼地有时被称为“仙女圈”，通常有数百码宽。“它们就像氢气呼出的烟囱，”兹贡尼克说。
西澳大利亚的一个研究小组最近通过寻找此类洼地，在珀斯以北发现了氢气。但埃利斯仍然保持谨慎。他说，“仙女圈和氢气渗漏之间的因果关系尚未建立。”
环境隐忧：甲烷杂质与泄漏的间接温室效应
即使有关天然氢的炒作被证明是合理的，一些研究人员也警告称，这会对环境造成负面影响。一些氢气储备还含有甲烷，给提纯带来难度。斯坦福大学能源分析师亚当·勃兰特最近得出结论，这种甲烷的产生让天然氢勘探价值大幅降低。
还有一些科学家担忧，无论氢气是自然产生还是制造的，井口、管道和其他基础设施的氢气泄漏都是不可避免的，虽然氢气本身不是温室气体，但它具有间接变暖的特性。
关于氢将在世界未来能源供应中发挥多大作用，目前也许无法给与定论。但是对氢的需求和讨论热度可见正在快速增长。