美國將開發首個商業化天然氫項目

 

 

該項目位于美國內布拉斯加州日內瓦市附近，被稱為“日內瓦項目”。目前，項目已經完成了鉆井、完井和抽汲測試，計劃開始擴展試井，測試將為確定可采資源的大小、范圍、氣體組成及其商業潛力提供關鍵信息。

 

天然氫的來源

 

自20世紀70年代以來，全球已在海底和陸地上發現了近百處天然氫滲漏和逸出案例。水與巖石相互作用產生天然氫的機制已被科學界印證，非洲馬里更是打出純度為98%的“氫井”。許多記錄均顯示富含氫的氣體來自地殼深部和地幔巖石上部，主要是橄欖巖以及一些重大的深根斷層帶。同時，陸地上也有天然氫的溢出。科學家參照大洋中脊的地質環境在陸地開展野外研究，并在阿曼、菲律賓、土耳其、日本、意大利、冰島、新西蘭、新喀里多尼亞等地相繼發現相關超鎂鐵質巖氫逸出現象。

 

作為一種天然能源，經研究，開采1公斤天然氫，成本比人工制氫低2-10倍，這將更易于實現商業化從而有望加速推動氫能產業化發展。國內外在天然氫方面開展了一系列相關研究和初步示范應用，并取得一定進展。

 

一、國際方面

 

1987年， 在非洲馬里巴馬科北部地區鉆探尋找水資源時， 因發生爆炸事故， 意外發現了純度為98%的氫氣。2012年，加拿大Petroma公司圍繞此處開始開采氫氣，2017-2018年間，Petroma公司在其開采區所完成的25口勘探井均發現了天然氫，后續并建立一座試點發電廠，該發電廠由井口采集的天然氫驅動，為附近村落供電，證明天然氫在自然狀態下可以產生足夠規模且100％綠色電力為房屋供電。

 

 

美國CFA石油公司于1982年在北美裂谷開發Scott井， 發現了含量約為50%的氫氣。2013年， 美國成立了一家專門從事氫氣勘探的公司--天然氫能源公司（NH2E）， 開始在許多國家尋找氫排放點， 進并行了數千次土壤氣體測試。2015年， 天然氫能源公司在美國各個州均發現了大量氫氣流， 估算氫氣流每天高達接近十噸，并于2019年底在堪薩斯州鉆了第一口天然氫井。

 

2019年10月，法國國家科學研究中心組織了一場天然氫研討會。會議對所有已知來源的天然氫進行了重新評估，希望圍繞天然氫創建跨學科機制，打造從資源開發到聯合應用的知識鏈。

 

2019年12月，美國俄亥俄州立大學能源研究與培訓中心舉辦了題為“深度脫碳的能源解決方案-氫能”的研討會，會議圍繞“天然氫”進行了重點研討，會議認為天然氫存在研究和勘探價值，并可作為從化石燃料向可持續清潔能源過渡的重要途徑之一。

 

2021年， 南澳大利亞能源和礦產部在南澳大利亞部署天然氫項目， 并發布了氫勘探活動許可申請書，澳大利亞金氫公司提供了在袋鼠島和約克半島南部發現純度高達90%的天然氫證據后， 獲得在許可范圍內的天然氫勘探、評估和開發權。此外，澳大利亞地球科學局針對其本國從470口井中采集的約1,000個天然氫樣品進行了氫氣分析和同位素分析， 對鎂鐵質-超鎂鐵質巖石的蛇紋石化產生的氫氣量進行了估算， 得出陸上1公里深度內的氫氣推斷資源量可達16萬立方/年。

 

二、國內方面

 

我國目前針對氫氣的研究大多是對把氫氣作為監測自然環境和油氣資源方面的研究， 僅是一些零星和分散的研究。把天然氫作為能源而進行的調查研究工作較少， 尚停留在實驗室和文獻分析階段。

 

但我國油氣和礦產資源勘探開發活動已覆蓋大部分地區， 已有學者在松遼盆地個別鉆井中發現氫氣含量高達85.54%；在柴達木盆地三湖地區2號井的巖屑罐頂氣中， 檢測到了含量最高可達99%的氫氣。可見， 在中國已有的油氣沉積盆地內尋找天然氫潛力較大。

 

 

此外，我國相關學者在巖石產天然氫的機理和產氫速控方面也取得了重要進展。在國家自然科學基金重點項目等資助下，中南大學冶金與環境學院林璋教授團隊從低溫（< 200℃）蛇紋巖化作用產氫的關鍵步驟Fe（OH）2氧化出發，發現共存的Ni2+能夠顯著提升Fe2+氧化過程的產氫速率。該研究以“被忽視的巖石天然產氫途徑—Ni2+催化低溫蛇紋巖化過程中Fe（OH）2氧化還原水”為題，于2021年9月14日發表在《德國應用化學》期刊上。

 

該發現為從巖石礦物中獲取氫能源的可能提供了實驗基礎，將有望應用于天然氫能源的勘探、開發和利用，從而推動氫能源的規模化應用，助力緩解因化石能源過渡使用造成的全球生態環境危機。