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地球深处的5.6万亿吨氢气,够人类用一万年,石油可能会被淘汰?

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地下真的藏着一种储量惊人、燃烧后不排碳的燃料吗?如果它真的存在,石油和天然气会不会就此退出历史舞台?这些问题并非空想。在地下深处,埋藏着一种出人意料的无碳能源。

法国科学家已经发现了规模可观的天然氢矿藏,而天然氢是自然界中最清洁的燃料之一。这一发现可能是迄今为止同类发现中规模最大的,并正在推动一场围绕“未来燃料”的全球能源竞赛。

更让人浮想联翩的是,有科学家估算,地球深处的氢气储量多达5.6万亿吨,若全部转化为燃料,足够人类使用一万年。



氢本身并不稀罕,它是宇宙中含量最多的元素。可在地球上,氢气却很少单独存在,大多被“锁”在水或化石燃料之中。

人们想要得到它,往往只能靠人工制取,成本高、技术难,这是氢能谈了多年却迟迟难以普及的重要原因。正因如此,地下天然存在的氢气一经发现,才格外让人眼前一亮。

故事要从法国的一个采矿盆地说起,这里过去曾大量产煤,是一片典型的老矿区,如今却被认为是当地地下最重要的氢气来源之一。



研究人员把这种天然存在的氢称为“白氢”,它是一种零碳气体,作为能源使用时不会产生二氧化碳,只会生成水蒸气,因此被视为替代石油和天然气的一种极具吸引力的能源。

从环保和效率两个角度看,氢都相当出色。它燃烧后只生成水,真正做到零碳排放;它的热值高达每千克120兆焦耳,而汽油约为每千克43兆焦耳,两者相差近3倍。也就是说,同样重量的燃料,氢能释放出比汽油多得多的能量,这正是它长期被寄予厚望的原因。

这次发现得益于研究人员专门部署的一种探测工具,也就是一种探针。据介绍,这种探针完全独一无二,没有其他天然气公司或石油公司拥有同样的设备。



它能够深入地下,测量并寻找溶解在水中的气体,并在很深的位置采集样本。现场作业时,探针所在的深度已经超过了1200米。

气体采集完成后,研究人员会立即把探针回收上来,取出其中收集到的气体,当场估算出含有哪些气体、各自含量多少。目前测得的最高浓度出现在1250米深处:氢气占20%,其余主要是甲烷,约占80%。

在这样的深度测到如此比例的氢气,本身就足以引起能源界的关注。



研究团队据此认为,这里可能是全世界最重要的天然氢储藏地。按照他们给出的数据,目前全球生产和消费的氢气约为8000万吨,而这里的潜在资源量可达2.5亿吨,大约是全球现有氢气生产和消费量的三倍。

仅仅一个采矿盆地,就已经展现出不容小觑的分量,这也让外界对其他地区的潜力充满期待。

在研究人员看来,这种天然氢用途广泛,可以作为能源供工业使用,也可以用于交通运输和供暖。工业、交通、供暖都是人类能源需求的主要领域,如果其中一部分能由天然氢来承担,对整个地球而言意义不小。这也是天然氢在短时间内迅速从冷门话题变成焦点的原因。



在交通领域,各国对氢能的探索其实早已开始。日本就曾大力押注氢能源汽车,希望让氢在汽车动力上取代汽油,但其他国家并没有跟进。

问题并不在于氢的品质不够好,而在于氢从哪里来、成本能否降下来。在天然氢进入人们的视野之前,这道难题始终没有理想的答案。

氢常被称为“未来的能源”,但生产商业用氢本身就是一个高耗能的过程。氢原子主要以水或甲烷的形式存在,要得到氢气,就必须把这些物质分解开来,而分解过程需要投入大量能量。



换句话说,人工制氢在很大程度上是在用一种能源去换取另一种能源,这让它的清洁程度取决于背后的能源从哪里来。

为了区分制氢所用能源的来源,能源行业发展出一套颜色代码:用化石燃料生产的称为“灰氢”,用核电生产的称为“粉氢”,用风能、太阳能等可再生能源生产的则称为“绿氢”。

颜色不同,背后对应的是不同的能源投入和不同的环境代价,但它们有一个共同点,都需要人为消耗能量去制造。



天然氢之所以可能改变游戏规则,原因正在于此:它不需要人工分解,地球本身就是它的“工厂”,会持续不断地生成这种气体,而燃烧它只会释放热量和水。有观点认为,地底那些巨量氢气,是地球几十亿年积攒下来的结果。

因此,弄清天然氢在哪里、以何种方式形成,如今已经具有战略意义。

为了回答这个问题,研究人员在实验室里尝试模拟铁与水之间可能发生的各种反应机制,以判断地壳中是否能够通过这类反应产生氢气。这类研究的价值在于,一旦摸清了氢气的生成规律,人们就能更有针对性地寻找新的矿藏,而不必仅仅依靠偶然的发现。



天然氢也并非只停留在实验室和图纸上,在已有的实践中,从地下获得的氢气已经被用来为一个村庄发电。

这个例子说明,天然氢具备被直接利用的现实可能。虽然规模有限,却让人们看到了它从地下资源转变为日常能源的一条可行路径,也为更大规模的开发提供了参照。

政策层面也在发生变化,开始对天然氢产生兴趣的国家正在修改法律,允许开展勘探。



法国已经这样做了,南澳大利亚和美国也是如此,因此相关活动目前主要集中在这些地方。南澳大利亚是第一个这样做的大地区,修法后立刻有30个许可被申领,其中最早的两个刚刚获批。

美国过去在天然氢学术研究方面相对缺席,如今刚刚拿出2000万的资金,美国各实验室纷纷投入这一领域。参与者的构成也在变化:两三年前,入局的主要是初创企业;而大约从半年前开始,大型国有公司也开始评估本国的天然氢潜力。

这意味着天然氢正从小众探索走向国家层面的战略考量,野外勘查同样是寻找天然氢的重要环节。一位研究人员的工作,就是在地面上打约一米深的小孔,测量从土壤中逸出的气体。



地上那些白色小塞子像一个个小蘑菇,它们其实是氢传感器,每小时进行一次浓度测量,数据直接传回实验室,让研究人员能够持续掌握地表氢气的变化情况。

她绘制了区域性的土壤气体分布图,范围涵盖上比利牛斯省、大西洋比利牛斯省、朗德省以及热尔省的部分地区。结果发现,地图上有一个地方格外突出,那就是贝阿恩地区,那里有氢气渗出地表。



这里的地下有一种特殊的岩石,仅凭水与岩石之间的相互作用,就能自然生成氢气。

贝阿恩因此成为法国一个特殊的地区,也是法国首个天然氢项目的所在地。在这片土地上的测量中,研究人员发现了非常高的氢浓度,数值可能比目前世界其他地方高出约一千倍。从昔日的煤矿盆地到比利牛斯山脚下,法国的地下正在接连带来意想不到的发现。

那么,天然氢会让石油被淘汰吗?在一些专家看来,天然氢完全有可能成为成本最低、或许也是储量最丰富、环境影响最小的能源,因此可能改变整个能源格局。



再加上5.6万亿吨、可用一万年这样的估算,人们很容易生出“一种能源包打天下”的想象,仿佛化石能源的终点已经近在眼前。

但也有科学家提醒,不能对天然氢寄予不切实际的期望。她说:“我不相信奇迹,我是科学家。”

在她看来,“能源结构”中的“结构”二字必须真正理解为多种能源的组合,不要以为会出现某一种能源主导一切的局面。应当根据每个地区的需求和资源禀赋来调整能源组合,绝不能认为存在某种能够永远解决所有问题的能源。



这种冷静并非多余,5.6万亿吨描述的是地球深处的潜在储量,其中有多少能被找到、又有多少能被经济地开采出来,目前还没有定论。

日本押注氢能源汽车却无人跟进的经历也说明,一种能源本身再优秀,也离不开配套的开采、运输和使用体系,单凭一个储量数字并不能决定它的命运。

何况,天然氢目前仍处于基础研究阶段。人们已经知道它的存在,接下来工业界将参与进来,开发相关技术,以便把它从地下开采出来,未来作为燃料使用。



但要弄清这种分子在地下如何运移、如何将其捕集,以及它会如何与周围环境发生反应,仍有大量工作要做,每一步都需要时间去验证。

地球深处的氢气储量或许确实惊人。它清洁、高效,并能由地球自行生成,有望在工业、交通和供暖中分担化石能源的角色,帮助人类减少向大气排放的二氧化碳、限制气候变化。

但从千米深处的探针、地面上的传感器,到各国的修法与投资,这场竞赛才刚刚起步。石油不会在一夜之间被淘汰,天然氢更可能成为未来多元能源组合中的重要一员。

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