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“金氫”:清潔燃料新寶藏

發(fā)布時(shí)間:2024-02-06 15:23:00來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào)

  駛出馬斯喀特,阿曼首都的白色建筑被哈加爾山脈前面的一片開(kāi)闊的沙漠所取代。沙漠中,有一處寧?kù)o的泉水,周圍環(huán)繞著金色的草叢和棗椰樹。泉水冒出一串氣泡,而這正是一群地球物理學(xué)家要尋找的“寶藏”。

  據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站報(bào)道,世界各地的勘探者正在爭(zhēng)先恐后地探尋“金氫”(天然氫)的儲(chǔ)量。阿曼的山脈是全球范圍內(nèi)尋找這種新的、具有潛在變革性的燃料的最前線。“金氫”是一種天然存在的氣體燃料,無(wú)色無(wú)味且環(huán)保,燃燒時(shí)除了水之外什么也不會(huì)產(chǎn)生。

  尋找天然氫源的熱潮于去年12月14日被《科學(xué)》雜志列為2023年度十大科學(xué)突破之一。氫動(dòng)力經(jīng)濟(jì)的夢(mèng)想已存在了幾十年。使用這種形式的氫將極大加快世界向凈零排放過(guò)渡。然而,全球每年生產(chǎn)的氫氣幾乎都是通過(guò)天然氣與水蒸氣反應(yīng)制取的,這一過(guò)程會(huì)釋放大量二氧化碳。雖然有更清潔的方式來(lái)制造氫氣,但這些方法目前在該行業(yè)中只占很小的份額。

  地球或蘊(yùn)藏?cái)?shù)萬(wàn)億噸“金氫”

  “金氫”能源的發(fā)現(xiàn)可追溯到馬里共和國(guó)的布拉克布古鎮(zhèn)。2012年,該古鎮(zhèn)附近的一口水井被發(fā)現(xiàn)含有大量氫氣。經(jīng)驗(yàn)證,這里的地底深層正源源不斷地產(chǎn)生氫氣。這種氫氣被賦予多種名稱:白氫、天然氫和金氫,但最正規(guī)的名稱是地質(zhì)氫。自那次發(fā)現(xiàn)以來(lái),科學(xué)家們?cè)诜▏?guó)、西班牙和澳大利亞對(duì)地下儲(chǔ)氫層進(jìn)行了大量勘探。2022年,美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局研究人員修正了對(duì)地下氫儲(chǔ)量的估計(jì)。其模型顯示,地下可能有數(shù)萬(wàn)億噸“金氫”,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出此前猜測(cè)。只要能回收其中的一小部分,就足以滿足人類幾個(gè)世紀(jì)的氫需求。

  但另一方面,人們也對(duì)所謂的“金氫熱”持謹(jǐn)慎態(tài)度。地球上真正含有多少氫,以及有多少氫可提取出來(lái),目前尚無(wú)定論?!敖饸洹笔侨绾萎a(chǎn)生的也不清楚。研究人員認(rèn)為,至少有一部分是在地球形成過(guò)程中從地幔逐漸滲入地殼的;另一些可能是放射性巖石將水分解成氧氣和氫氣而產(chǎn)生的;還有可能是蛇紋石化過(guò)程,即地下水與巖石中富含鐵的礦物(如橄欖石)發(fā)生反應(yīng),生成氧化鐵和氫氣。

  尋找“金氫”方法不斷涌現(xiàn)

  大多數(shù)“金氫獵人”都將蛇紋石化過(guò)程作為他們的目標(biāo)。例如,總部位于美國(guó)丹佛的“天然氫能源”公司正在堪薩斯州尋找“金氫”。該公司試圖發(fā)掘覆蓋著不透水層的富鐵巖石區(qū)域,認(rèn)為這樣珍貴的燃料可能會(huì)被密封在地下并堆積起來(lái)。美國(guó)氫能源初創(chuàng)公司Koloma和澳大利亞投資公司HyTerra也在用同樣的方式尋找“金氫”。在阿曼,由于該地區(qū)獨(dú)特的構(gòu)造歷史,這種富含鐵的地質(zhì)更多見(jiàn)。

  當(dāng)然,還有另一種方法來(lái)確定適合提取氫的區(qū)域。去年12月,在美國(guó)地球物理聯(lián)盟會(huì)議上,有一場(chǎng)會(huì)議專門討論了如何利用機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別衛(wèi)星圖像中的裸土環(huán)(有時(shí)被稱為“仙女圈”)。研究人員表示,已經(jīng)在50多個(gè)這樣的圓環(huán)形的土壤中測(cè)到了氫氣,但氫氣與這些神秘地形的關(guān)系尚不清楚。

  這一發(fā)現(xiàn)令人興奮。不過(guò),“金氫”作為一種燃料仍有不足之處,尤其是在長(zhǎng)距離運(yùn)輸方面。首先,這種氣體具有可燃性;其次,氫氣體積龐大,需要將其壓縮或轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)物質(zhì)(如液氨)后才能方便運(yùn)輸。

  刺激地層生產(chǎn)“金氫”更快捷

  美國(guó)能源部(DoE)準(zhǔn)備投入2000萬(wàn)美元,刺激地質(zhì)層可靠地生產(chǎn)天然氫。DoE計(jì)劃負(fù)責(zé)人道格·威克斯表示,其想法是探索加速蛇紋石化過(guò)程的方法,從而從地下產(chǎn)生氫氣。憑借人們熟知的地質(zhì)學(xué)知識(shí)、富含鐵的橄欖巖以及氫從地下冒出的明確證據(jù),哈加爾山脈是檢驗(yàn)這一想法的理想之地。今年晚些時(shí)候,研究人員將在這里鉆探世界上第一口刺激氫井。

  研究人員將嘗試一種新策略來(lái)打碎地下深處的巖石,以增加注入水的表面積。這種方法由美國(guó)綠色能源公司Eden GeoPower開(kāi)發(fā),類似于天然氣井水力壓裂法,但使用的是電力而不是水。據(jù)該公司介紹,在埋入地下的電極之間輸送高壓電流,可加熱巖石中的微小孔隙,使它們膨脹。

  外部研究人員表示,將此類井的產(chǎn)氫率提高1萬(wàn)倍的目標(biāo)是可行的,但不能保證一定成功。此外,該方法還存在一些環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。例如,目前還不清楚該項(xiàng)目需要多少水資源,還須防范注水引發(fā)小地震的風(fēng)險(xiǎn)。

  如果一切順利,阿曼這個(gè)以石油和天然氣聞名的國(guó)家可能會(huì)因?yàn)椤敖饸洹倍蔀榫G色能源大國(guó)。(張佳欣)

(責(zé)編:李雨潼)

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