天然氢，又被称为金氢或白氢，是一种地下可持续的、由地质作用生成的氢。这似乎颠覆了一直以来大家对于“氢气不来自于自然界”的传统认知。 近日，《科学》杂志发文章称，研究人员从阿尔巴尼亚的一个深矿井发现了巨大的氢泉。他们发现该矿每年约有200吨氢气逸出，这是有记录以来最大的天然氢气流。此外，在2023年法国也发现了储量约4600万吨的天然氢。以上事例说明，天然的氢气似乎比过去想象的更加普遍。天然氢出现在了缺乏石油和天然气的地方，对欧洲乃至全球的能源转型和低碳发展都有着重要的意义。 全球天然氢的存量有多少，在能源转型的当下有着怎样的意义，是否会带来巨大的商业机会？ 天然氢的能源潜力受到追捧 天然氢，顾名思义是从像石油天然气一样从地壳中直接开采出来，而非人为从其他化合物中制取而得，属于一次能源。天然氢优势在于它是一种不排放二氧化碳的氢气，而且它也不需要大量的可再生能源来通过水电解来生产。 在过去的石油工业中，人们一直认为在地球表面自然状态下不存在天然氢气。自20世纪70年代以来，全球已在海底和陆地上发现了近百处天然氢渗漏和逸出案例。随着21世纪初俄罗斯发现了第一个天然氢矿床，随后加拿大Hydroma公司第一次在非洲马里利用天然氢进行发电，人们开始对天然氢这一清洁能源逐渐重视起来。 近年来，世界各地陆续寻找到大量天然氢源。2023年10月，澳大利亚公司Gold Hydrogen在南澳约克半岛拉姆齐项目试钻了第一口天然氢井，发现气体中含有高达73.3%的“高浓度”天然氢；韩国国家石油公司也宣布在韩国5个地点发现潜在天然氢源；在美国，NH2E、HyTerra两家天然氢企业已确定北美中部裂谷系为天然氢富含地；在欧洲，勘探公司Helios Aragón 表示在西班牙北部比利牛斯山脉山麓发现一个储量超过100万吨的氢气储层…… 当前研究人员对天然氢气的成因给出了很多解释，归结起来主要有两种划分方式:一种划分为原生成因氢源和次生成因氢源；另一种划分为非生物(无机)成因氢源和生物(有机)成因氢源,其中非生物成因生成的氢气具有重要优势。包括：放射线裂解水产生；铁矿石还原水产生；以及原始地球大气被封存在地球核心的释放等。 由于天然氢来自于自然的地质和化学现象，从理论上讲，它是一种天然的可再生能源，因此能够以低成本无休止地开采。这种以气体形式存在的氢所含的能量是石油的三倍。 近年来，全球一些国家已开始重视对天然氢的研究及勘探开发。目前在非洲马里、美国、澳大利亚、巴西以及欧洲的部分国家均部署了现场氢气测量、地球物理调查等。根据美国地质调查局的数据，全球大约有10万兆吨的天然氢气可被开采，这代表着可为全球提供数百年的氢气供应。 在中国，目前针对氢气的研究大多是对把氢气作为监测自然环境和油气资源方面的研究。真正把天然氢作为能源而进行的调查研究工作较少，尚停留在实验室和文献分析阶段。不过已有学者在松辽盆地的个别钻井中发现氢气含量高达85.54%，在柴达木盆地三湖地区2号井的岩屑罐顶气中，检测到了含量最高可达99%的氢气。由此可见，在中国已有的油气沉积盆地内寻找天然氢具有较好的潜力。 有学者认为，在中国的沉积盆地、构造活跃区域及大陆裂谷地区具备发育高含量氢气的地质条件。对照世界各地的天然氢探测标志、特征，除了沉积盆地外，在中国也有许多地区具备评估、寻找天然氢的地质条件。例如：蛇纹石化作用区域(江苏盘石山橄榄岩）；断层区域(依兰—伊通断裂、扶余—肇东、滨州、呼兰河等断裂)；煤盆地(沁水盆地);温泉区域(云南腾冲、长白山天池)等。 天然氢的发展机遇与挑战 目前全球对于氢的需求量约为每年1亿吨。而要在2050年实现净零排放，到2030年全球每年则需要近2亿吨的氢能。为了减少对环境的影响，降低通过甲烷与蒸汽在高压下反应或以其他方式使用化石燃料制成的“灰氢”的依赖度，全球大多数国家都将赌注压在了利用可再生太阳能或风能，通过电解槽获取的绿氢上。 现在，世界各国政府正在投资数十亿美元，通过使用绿电来制造“绿氢”，其目的是在炼钢、化肥生产以及重型运输等行业取代化石燃料。但如果能够把自然界中存在的氢气从地下自然沉积物中提取出来，成本可能要低的多。以北非马里Bourakebougou氢井为例，它喷出的气体98%是氢气，开采成本大约3.5元/kg。 随着越来越多天然氢矿的发现，天然氢的商业开采已经提上日程。2019年，美国天然氢能源公司（NH2E）在内布拉斯加州Fillmore县完成第一口天然氢探井，并成功提取了氢气和氦气。2021年，南澳大利亚能源和矿产部在南澳大利亚开始部署寻找天然氢项目，并发布了氢勘探活动许可申请书。2023年美国初创公司Koloma从比尔·盖茨和其他投资者那里获得了9100万美元的资金，用于在美国中西部开采天然氢。 越来越多团队和公司致力于获取地质氢用作清洁能源，人们对地质氢的热情也日益高涨。据悉，目前壳牌、英国石油和雪佛龙等主要能源公司也正在调查这种可再生能源。英国《独立报》援引投行数据称，预计到2030年，天然氢产业价值将达到750亿美元。 一旦天然氢成功实现了规模化、经济性的勘探开发，那么这对于化石能源、乃至整个世界的能源体系都有着重大的意义。不过全球对天然氢的认识尚处于早期阶段，开采氢气仍有很大挑战。 美国地质调查局官网指出，虽然地质氢带来了希望，但要真正开掘地质氢能源，仍然需要开展进一步研究。有科学家指出，天然氢这种资源在定位大量氢气的地质储藏以及从地下深处或近海开采氢气非常具有挑战性。 尽管目前勘探、开采天然氢在技术上还有一定难度，但美国地质调查局正在利用其在石油、地热和矿产资源等领域的专业知识，增进对天然氢资源潜力的理解。该机构计划发布一份地图，显示哪些区域最可能富含天然氢资源，并开发勘探工具和战略，以增进对地质氢能源的了解，帮助满足未来的能源需求。 从当前情况来看，各国天然氢的储量尚未探明，勘探和开采技术也不成熟，短期内可能难以成为改变以化石能源为主的游戏规则。然而，天然氢在很多方面都优于天然气，随着氢能产业的发展，氢气有望成为具有巨大潜力和前景的未来能源，一旦全社会建立起安全、高效、可持续的氢能源体系，天然氢有望在未来取代天然气成为主要的能源形式。