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今天是全國低碳日。隨著人類社會的快速發(fā)展，對能源的需求日益增加。然而，傳統(tǒng)的化石能源如煤、石油、天然氣等在燃燒過程中會產生大量的二氧化碳，加劇全球氣候變暖。因此，尋找清潔、可再生、低碳的能源成為了全球關注的焦點。在這其中，地質氫作為一種新興的清潔能源，逐漸走進了人們的視野。

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（圖庫版權圖片，轉載使用可能引發(fā)版權糾紛）

01 氫氣的“彩虹家族”

氫是宇宙中最常見的元素之一，幾乎無處不在。氫氣無色、無味且極易燃燒，通常需要一定的能量從其他化合物如水（H?O）、甲烷（CH?）和氨氣（NH?）等分離出來。在工業(yè)上，氫氣的制備方法有很多種，依據(jù)其生產方式的的不同，主要可分為灰氫、藍氫和綠氫三種。

灰氫（Gray hydrogen）是通過化石燃料（石油、天然氣、煤炭等）的燃燒或加工過程中產生的氫氣。這種氫氣的生產技術成熟，成本相對較低，目前在全球氫氣產量中仍占據(jù)主導地位，不足之處就是在制備過程中會伴隨著大量的二氧化碳等溫室氣體排放，因此并非清潔能源。

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正在燃燒的天然氣（來源：Wikipedia）

藍氫（Blue hydrogen）同樣來源于化石燃料，但與灰氫不同的是，藍氫在制備過程中會對釋放的二氧化碳進行捕集和封存，以減少溫室氣體排放。因此，相對于灰氫而言，藍氫顯得更為環(huán)保，然而這種氫氣只能算是一種過渡性的清潔能源解決方案，畢竟其生產仍然依賴于化石燃料。

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燃燒后的碳捕集技術（來源：Wikipedia common）

綠氫（Green hydrogen）則是通過太陽能、風能等可再生能源電解水產生的氫氣，整個生產過程無任何溫室氣體排放，因此被認為是最環(huán)保、可持續(xù)再生的氫氣類型。盡管目前的生產成本相對較高，但隨著技術的不斷進步，綠氫有望在未來能源體系中占據(jù)重要位置。

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綠色氫氣可再生能源生產管道-用于清潔電力太陽能和風力渦輪機設施的綠色氫氣（圖庫版權圖片，轉載使用可能引發(fā)版權糾紛）

除了上述三種類型之外，澳大利亞斯威本科技大學維多利亞氫中心甚至還進一步劃分出了黃氫（Yellow hydrogen）、褐氫（Brown hydrogen）、青色氫（Turquoise hydrogen）、粉氫（Pink hydrogen）、白氫（White hydrogen），這八種不同來源的氫氣分別用五彩斑斕的顏色命名，組成了奇妙的“彩虹家族”。

更讓人感到驚奇的是，最近又出現(xiàn)了金氫（Gold hydrogen）、天然氫（Natural hydrogen）的說法，這又是哪種類型的氫氣呢？

02 潛力無限的地質氫

其實，所謂的白氫、金氫、天然氫都是我們今日討論的主角——地質氫，它是一種在自然界中天然生成的氫氣資源。1987年，在西非內陸的馬里共和國，一個油氣田勘探公司在布拉凱布古村進行鉆探時發(fā)生意外，鉆孔因不斷釋放易燃氣體而引發(fā)爆炸，事故發(fā)生后鉆孔被封存。到了2012年，當工程師再次打開這眼鉆孔時驚奇地發(fā)現(xiàn)，它還在繼續(xù)冒出易燃氣體，經檢測發(fā)現(xiàn)其中的氫氣含量高達98%。

隨后，當?shù)卦谶@里安裝了一臺發(fā)電機，建立了一座簡陋的氫氣發(fā)電站。更令人感到驚訝的是，歷經十多年排放，鉆孔內氣體壓力未見減弱的跡象，這表明地下深處正在源源不斷的產生和補充著氫氣。地質學家認為，這一發(fā)現(xiàn)可能具有劃時代的意義，不僅打破了“地球表面附近幾乎不可能存在純氫”的傳統(tǒng)觀念，更是將人們的視線引向了地質氫的開發(fā)領域。

地質氫究竟是如何產生的呢？地質學家經過研究認為，地質氫是地下水與地幔中富含鐵的巖石相互作用的結果。當?shù)叵滤诟邷馗邏合掠龅?strong>富含鐵的巖石時，會發(fā)生化學反應，例如，水與橄欖石發(fā)生反應變成另外一種礦物蛇紋石，同時釋放氫氣。

橄欖石是一種鎂鐵硅酸鹽礦物，通常為翠綠色或橄欖綠色，有時也會呈現(xiàn)出淡黃色或灰綠色，因恰似橄欖果的顏色而得名。在地質學家看來，橄欖石并不稀有，它遍布地球，橄欖石及其變種占據(jù)了地球上地幔物質的50%以上，而且地球上的各種噴出巖中幾乎都含有橄欖石。正是由于橄欖石在地下廣泛分布，才給地質氫的形成創(chuàng)造了得天獨厚的自然條件。

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從熔巖石中已經被侵蝕的橄欖石晶體（來源：Wikipedia）

據(jù)媒體報道，法國科學家通過實驗證實了地質氫的形成原理，并發(fā)現(xiàn)加入催化劑能顯著加速氫氣的產生?？茖W家們將水、橄欖石以及氧化鋁（催化劑）置于一種被稱為金剛石壓腔的微小的高壓鍋里（內部微小的空間大約只有一個鉛筆芯那么寬），在200℃至300℃的高溫和2000帕的高壓下，經過24個小時的反應，成功獲得了氫氣。實驗結果表明，催化劑氧化鋁能使地質氫的自然形成過程加速7到50倍，這種大量快速生產氫氣的新配方有望推動地質氫的開發(fā)和廣泛應用。

03 地質氫“淘金熱”

許多學者將“地質氫”視為一個非凡的機遇。原因在于，地質氫的生成過程對環(huán)境的影響微乎其微，開發(fā)過程不僅比藍氫或綠氫更清潔、更便宜，而且儲量巨大，預示著在未來的能源開發(fā)領域具有巨大的潛力和應用價值。

相關數(shù)據(jù)顯示，當前全球每年氫能需求量約9400萬噸，預計到2050年全球氫能需求將增至現(xiàn)在的10倍，而美國地質調查局一項研究結果表明，全球地下蘊藏著高達5萬億噸的氫資源，盡管其中的絕大部分以目前的技術還無法開采，但即便是獲取其中的一小部分，也足夠滿足人類數(shù)個世紀的氫氣需求。

學者們已經敏銳地察覺到了地質氫的發(fā)展前景，越來越多的能源公司也紛紛開始啟動地質氫研究項目，掀起了一股“淘金熱”。美國《科學》雜志更是將“發(fā)現(xiàn)地表以下的天然氫源”列為2023年度十大科學突破之一。

近年來，多個國家均報告了地質氫的發(fā)現(xiàn)案例，例如，2023年5月，法國洛林礦盆地發(fā)現(xiàn)了儲量可達4600萬噸的高濃度地質氫，這可能是迄今為止世界上最大的地質氫礦床；2023年10月，澳大利亞在南澳試鉆了第一口地質氫井，在地下240米深處發(fā)現(xiàn)氣體中含有高達73.3%的高濃度氫氣，但作為地質氫氣田的商業(yè)化可行性尚需進行進一步評估，預計2024年底可實現(xiàn)試用投產。

不過，勘探和開發(fā)地質氫目前仍面臨多重挑戰(zhàn)。首要任務是如何通過科學方法找到儲量豐富的礦床；其次，需要探索有效方法（如注水、加熱巖石等）來刺激地下巖層的產氫反應，提高氫氣生產效率以滿足商業(yè)開采的需求；第三，開發(fā)過程中還需考慮如何確保易燃易爆、體積龐大的氫氣能夠安全地從生產地運輸至使用地，還需要解決氣體壓縮、化學合成以及管道建設等諸多問題。

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