“金氢”：清洁燃料新宝藏

科技日报记者 张佳欣

驶出马斯喀特，阿曼首都的白色建筑被哈加尔山脉前面的一片开阔的沙漠所取代。沙漠中，有一处宁静的泉水，周围环绕着金色的草丛和枣椰树。泉水冒出一串气泡，而这正是一群地球物理学家要寻找的“宝藏”。

阿曼共和国哈加尔山脉的水池上覆盖着矿物膜。
图片来源：《新科学家》网站

据英国《新科学家》网站报道，世界各地的勘探者正在争先恐后地探寻“金氢”（天然氢）的储量。阿曼的山脉是全球范围内寻找这种新的、具有潜在变革性的燃料的最前线。“金氢”是一种天然存在的气体燃料，无色无味且环保，燃烧时除了水之外什么也不会产生。

地下可能蕴藏着数万亿吨“金氢”。
图片来源：《新科学家》网站

寻找天然氢源的热潮于去年12月14日被《科学》杂志列为2023年度十大科学突破之一。氢动力经济的梦想已存在了几十年。使用这种形式的氢将极大加快世界向净零排放过渡。然而，全球每年生产的氢气几乎都是通过天然气与水蒸气反应制取的，这一过程会释放大量二氧化碳。虽然有更清洁的方式来制造氢气，但这些方法目前在该行业中只占很小的份额。

地球或蕴藏数万亿吨“金氢”

“金氢”能源的发现可追溯到马里共和国的布拉克布古镇。2012年，该古镇附近的一口水井被发现含有大量氢气。经验证，这里的地底深层正源源不断地产生氢气。这种氢气被赋予多种名称：白氢、天然氢和金氢，但最正规的名称是地质氢。自那次发现以来，科学家们在法国、西班牙和澳大利亚对地下储氢层进行了大量勘探。2022年，美国地质调查局研究人员修正了对地下氢储量的估计。其模型显示，地下可能有数万亿吨“金氢”，远远超出此前猜测。只要能回收其中的一小部分，就足以满足人类几个世纪的氢需求。

但另一方面，人们也对所谓的“金氢热”持谨慎态度。地球上真正含有多少氢，以及有多少氢可提取出来，目前尚无定论。“金氢”是如何产生的也不清楚。研究人员认为，至少有一部分是在地球形成过程中从地幔逐渐渗入地壳的；另一些可能是放射性岩石将水分解成氧气和氢气而产生的；还有可能是蛇纹石化过程，即地下水与岩石中富含铁的矿物（如橄榄石）发生反应，生成氧化铁和氢气。

寻找“金氢”方法不断涌现

大多数“金氢猎人”都将蛇纹石化过程作为他们的目标。例如，总部位于美国丹佛的“天然氢能源”公司正在堪萨斯州寻找“金氢”。该公司试图发掘覆盖着不透水层的富铁岩石区域，认为这样珍贵的燃料可能会被密封在地下并堆积起来。美国氢能源初创公司Koloma和澳大利亚投资公司HyTerra也在用同样的方式寻找“金氢”。在阿曼，由于该地区独特的构造历史，这种富含铁的地质更多见。

当然，还有另一种方法来确定适合提取氢的区域。去年12月，在美国地球物理联盟会议上，有一场会议专门讨论了如何利用机器学习识别卫星图像中的裸土环（有时被称为“仙女圈”）。研究人员表示，已经在50多个这样的圆环形的土壤中测到了氢气，但氢气与这些神秘地形的关系尚不清楚。

这一发现令人兴奋。不过，“金氢”作为一种燃料仍有不足之处，尤其是在长距离运输方面。首先，这种气体具有可燃性；其次，氢气体积庞大，需要将其压缩或转化为其他化学物质（如液氨）后才能方便运输。

刺激底层生产“金氢”更快捷

美国能源部（DoE）准备投入2000万美元，刺激地质层可靠地生产天然氢。DoE计划负责人道格·威克斯表示，其想法是探索加速蛇纹石化过程的方法，从而从地下产生氢气。凭借人们熟知的地质学知识、富含铁的橄榄岩以及氢从地下冒出的明确证据，哈加尔山脉是检验这一想法的理想之地。今年晚些时候，研究人员将在这里钻探世界上第一口刺激氢井。

研究人员将尝试一种新策略来打碎地下深处的岩石，以增加注入水的表面积。这种方法由美国绿色能源公司Eden GeoPower开发，类似于天然气井水力压裂法，但使用的是电力而不是水。据该公司介绍，在埋入地下的电极之间输送高压电流，可加热岩石中的微小孔隙，使它们膨胀。

外部研究人员表示，将此类井的产氢率提高1万倍的目标是可行的，但不能保证一定成功。此外，该方法还存在一些环境风险。例如，目前还不清楚该项目需要多少水资源，还须防范注水引发小地震的风险。

如果一切顺利，阿曼这个以石油和天然气闻名的国家可能会因为“金氢”而成为绿色能源大国。