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颠覆清洁能源行业!这种颜色的氢有望掀起新一轮绿色革命

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2023-12-20
来源:我是科学人
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  氢能是未来清洁燃料之一,也是当下清洁能源产业体系的核心部分。近些年来,在氢的大家族中,有这样一种氢横空出世,燃起了人们对未来清洁能源产业的巨大希望,这就是白氢。

  近期,在法国北部洛林地区一个老煤矿的矿床下面,发现了一个潜在的天然白氢矿床,该矿床可能含有600万至2.5亿吨氢,是迄今为止发现的最大的此类矿藏之一。

  美国地质调查局地球化学家杰弗里·埃利斯估计:地球表面下可能潜藏着数百亿吨的白氢,这使目前每年生产的1亿吨氢(主要来自化石燃料)相形见绌。

  虽然,这数百亿吨白氢大部分几乎可以肯定是非常小的积聚,或者离岸很远,或者太深,但是,只要能找到并提取1%,就能在200年内提供5亿吨氢气。

法国的洛林矿池发现高纯度白氢

白氢的问世

  众所周知,航空、运输和钢铁等领域,都需要消耗巨大的能源,要满足它们对清洁能源的需求,仅凭太阳能和风能是几乎不可能的。

  虽然氢是宇宙中含量最多的元素,但它基本上要与其他分子结合在一起方能发挥成效,例如,水分子(H2O)。但目前商业氢气的生产,离不开化石燃料驱动的高能耗工艺,而且在这一过程中还会排放大量二氧化碳,因此在实施“双碳”目标中受到很大限制。

  从气候角度来看,最有前途的是使用可再生能源电解水制成的绿氢。顾名思义,绿氢最环保,但目前的情况是,绿氢的价格昂贵且产量较少,因此大规模使用任重而道远。

  那么,什么是白氢呢?它与通过可再生能源获得的氢或从碳氢化合物中提取的氢有何不同?

  白氢也被称为“天然”、“黄金”或“地质”氢,是在地壳中天然生成或存在的。它是一种潜在的、丰富的、尚未开发的清洁能源。近几年来,人们对白氢的兴趣越来越大。

  白氢是怎么形成的呢?目前初步解释是,地下的铁矿物具有分离水分子中的氧和氢的能力。在非常深的地质层中,没有氧气。因此,探索得越深,找到纯度高的氢的机会就越大。

示意图显示了天然氢如何在山麓的盖岩下积累(来源:Helios Aragón)

  与其他类型的氢相比,白氢有三个主要优点。

  首先,它是一种不排放二氧化碳的氢气。其次,它也不需要大量的可再生能源来通过水电解来生产。第三个优点是它来自自然的地质和化学现象,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。

  在这一背景下,业界普遍认为:白氢是最干净且相对具有成本效益的可再生氢,有望重塑能源格局并掀起新一轮绿色革命。

悄然拉开帷幕的新竞争

  随着人们对白氢的认识逐渐加深,全球各国竞相参与到白氢的探索中。除了法国之外,包括马里、美国、俄罗斯、澳大利亚、阿曼及东欧等国家地区,都发现了白氢矿床。

  其中,马里是目前世界上唯一一个正在开采白氢的国家,开采井位于首都巴马科西北约60公里处。根据马里井估算,白氢生产成本约为每千克1美元,而绿氢生产成本约为每千克6美元。不过,如果大量矿藏需要更深钻探,白氢开发成本可能会上升。

  目前,总部位于美国丹佛的一家白氢初创公司科拉玛已获得了9100万美元的投资,其中包括比尔·盖茨创建的突破能源投资公司提供的资金。

  另一家由地球化学家维亚切斯拉夫·兹冈尼克创立的天然氢能源公司,已于2019年在内布拉斯加州完成了一个氢气勘探钻孔,并计划开发新的钻井。这个项目,非常接近世界第一个商业化白氢。

氢在净零排放中的作用

  白氢能否成为安全清洁能源的关键?为什么它才刚刚被探索?

  法国波城大学科学研究员、白氢专家伊莎贝尔·莫雷蒂表示:“现在的问题不是储量,而是资金和技术。”由于各国都处于对于白氢开采的初级阶段,因此,对于白氢开采将要面临的问题以及需要的技术创新手段,仍要在开发中不断摸索。值得一提的是,目前在中国境内尚未有白氢的发现。

  埋藏于地壳下的白氢能否满足整个地球的能源需求?这个答案,也许在不久的未来就会揭晓



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