《Science》发文：天然氢气——金氢

金氢是天然氢，天然存在于地壳的某些区域中。

金氢的储氢估量十分巨大，可能像石油天然气一样分布世界各地，足以满足人类千年的能源需求。

金氢的形成受地质条件限制，具备多种产生途径，年产估量惊人，是真正的可再生能源。

目前世界上已有多家商业单位已经或计划开展深井钻探工作。

土耳其Chimaera山上的甲烷和氢气渗漏已经燃烧了几个世纪。

01 根据颜色命名的氢

氢能业界根据制氢过程的不同，对氢冠以了不同的颜色以示区分。目前，主流命名可分为灰氢、蓝氢和绿氢。

灰氢，是从石化燃料中提取的氢气，但不捕集制备过程中产生的大量以二氧化碳为代表的温室气体。

蓝氢，是在灰氢的基础上，将二氧化碳副产品捕获、利用和封存(CCUS)，蓝氢的制备过程能有效减少二氧化碳的释放，但严苛的封存条件限制了蓝氢的发展。

绿氢，利用可再生能源(如风能、太阳能等)通水发电产生的氢气，由于制备过程为电解水，可真正达到零碳排放，是氢能利用的理想形态。

在三种颜色氢气的细分下，还有紫氢、粉氢等诸多概念，那什么是金氢呢?

02 金氢的命名

目前世界上公认的对氢的发现有重大贡献的是英国化学家卡文迪许。但天然氢的发现却可溯源众多。其中，元素周期表之父德米特里·门捷列夫早在1888年的科学报告中，就提到了氢气正从一座地下煤矿中渗出!除此之外，前苏联、加拿大等国家在上个世纪也记录了发现天然氢的过程。目前，全世界已经记录了数百起氢泄漏事件。

在西非马里共和国的Bourakébougou村庄(布拉凯布谷)，一口深井正在向外源源不断地释放氢气。位于当地的商业公司Petroma对氢气进行了开发，以实现电力等能源的供应。在马里的开采地点，得益于井深不是过高和高纯度的氢气，每公斤氢气的成本约为50美分，要知道这远远低于绿氢的价格每公斤5美元!相比绿氢，价格整整差了十倍!

马里的工人正在从井中提取氢气。

出于这样的原因，这种来自天然的氢气被许多支持者视为像黄金一样珍贵，将之称为金氢。此外，美国的科学家们也提出了一项新的“金氢计划”，即通过复杂工艺降低分解水的能耗成本。解释虽然是不同，但从中可以看出，成本是冠名“金”字的重要考量。本文所述的金氢为天然氢。

那金氢是怎么来的呢?

03 金氢的形成和提取

目前关于天然氢的生成机理有三种方式。第一种是辐射分解，该理论认为在地壳深层，岩石中存在微量的放射性元素，这些元素能释放出使水分子产生分裂的辐射，从而产生氢气。这个过程十分缓慢，也受古老岩石层分布的限制。

第二种是蛇纹石化，蛇纹石化是地球上最重要的水岩作用之一。该理论认为在地球深处，水与富含铁的岩石发生反应生成氢，这是一种快速且可再生的反应。研究发现蛇纹石化应该产生了地球上80%的氢。

第三种是深藏氢，认为氢气来自地球更深处的地幔或者地核，氢气沿着板块边界和断层缝隙上升到地表，但该理论仍存在争议。

地球制氢工厂。

目前关于天然氢的形成过程仍是研究的重点，但基于探测发现和已有研究，蛇纹石化是支持研究机构和商业公司认为金氢为可再生能源和开展深井钻探的主要原因。

天然氢在地表深处生成后因为氢气的性质并非稳定存在，氢气在断层和缝隙中移动很快，可以通过岩石扩散也可以被岩石层的微生物消耗。

天然氢深藏地下，因此氢可以像石油和天然气一样被钻井开采，通过钻到岩层下多孔岩石或不渗水岩层的氢储层中进行开采。同样，如果复合铁的烃源岩储层较浅，其断裂程度足以收集，那么直接开采烃源岩也是一种选择。另外向富含铁的岩石中冲水也可能刺激氢气的产生。

氢的来源是一个学术问题，但这并不会阻碍氢能行业对金氢的勘测和开发。

04 金氢的分布和开发

虽然地球天然氢的估量十分巨大，但这种资源可能在地下过于分散，不具备商业开发的现实条件。但是在某些特定的地区，因为特定的地理环境，依然存在规模化开发的潜力。

巴西一处有地底氢气渗出的巨大地区。

在南澳州，当地政府2021年扩大了石油法规，允许进行氢气的钻探。Titus申请在约克半岛和袋鼠岛上勘探近8000平方公里的土地以寻找天然氢。该地区地质条件得天独厚，具备蛇纹反应的各项条件。

在欧洲西班牙，Munro在比利牛斯山脉找到了一处可能富含天然氢的理想地方，该山脉的核心是富含铁的海相岩石，同时具备深断层，深断层能够将深处的氢气向上输送到多孔的砂岩层。Munro计划将在2024年底钻造欧洲第一口天然氢深井。

在美国，Ellis正在利用地球物理数据评估美国有前景的天然氢产氢地区。美国矿藏资源丰富，Ellis认为美国有两条重要的产氢矿脉，富含丰富的含铁地幔岩，一个位于东海岸，一个位于中西部地区。在内布拉斯加州菲尔莫尔县，Zgonnik已经打造了一口3.4公里深的水井以抽取来自深断层的氢气。

北卡罗来纳州：因地球氢气渗出导致的洼地。

05 总 结

虽然金氢具备广阔的前景令人兴奋，但存在的各种开发技术限制和学术问题仍待解决。位于西非马里的金氢深井是目前唯一已知可持续产出天然氢气的地方，因国际形势等原因限制其商业化之路依然漫长。世界上众多国家的金氢计划仍在进行中，但不可否认的是，以金氢为代表的氢能发展的新方向、新希望已经出现。