隨著全球對天然氫的研究與不斷的勘探開發，天然氫作為一種自然生成的無碳低成本氫源，將可能為全球能源轉型和應對氣候變化提供新的戰略契機。近日，澳大利亞Gold Hydrogen公司在獲澳大利亞政府批準開展天然氫勘探后，在澳大利亞首口Ramsay 1探井地下240米深處，檢測到濃度高達73.3%的天然氫。

今年5月，法國在東北部的洛林地區發現了天然氫，在1200米深度時天然氫濃度達20%，專家預計該地區天然氫總儲量高達600萬噸至2.5億噸；9月，美國能源部宣布，將撥款2千萬美元用于深巖中天然氫技術的開發。目前馬里、澳大利亞、巴西、美國及歐洲部分國家已陸續開展了天然氫勘探開發工作。

天然氫成因及發現情況

天然氫是一種天然形成、廣泛存在于地球深處的氣態物質。公開資料顯示，早在1888年，俄羅斯科學家德米特里·門捷列夫在對烏克蘭煤礦滲漏氣體進行分析時就發現了天然氫；隨后，2012年在西非馬里發現98%濃度的天然氫，加拿大Petroma公司在馬里利用約50美分/公斤的天然氫進行發電，其成本遠低于化石能源、電解水所制的氫氣。由于來源廣泛、成本低廉，許多學者及支持者又稱其為“金氫”。

基于探測發展和已有研究，天然氫形成機理主要有三種，一是地殼輻射裂解水產生。該理論認為，地殼深層含有大量鈾、釷等放射性元素, 這些元素放射性衰變時釋放射線, 其能量將水分子分解產生氫氣。二是水巖反應。包括蛇紋石化作用、水與巖石表面反應和礦物中羥基反應，其中蛇紋石化是研究最多、最常見的方式。三是“深源”成因。該理論認為氫氣來自地球更深處的地幔或地核，氫氣沿著板塊邊界和斷層縫隙上升到地表形成。

天然氫賦存狀態也包括三種，一是游離氫，指賦存在巖石(或地層)孔隙或裂隙能自由運移的氫氣, 是天然氫的主要賦存形式之一，濃度介于2%-90%間；二是包裹體氫，多種研究發現，在多種類型巖石中, 氫氣以包裹體形式或吸附形式被圈閉在巖石內，其濃度介于0.2-100%間；三是溶解氫，天然氫以溶解態氣體存在于地下水中，濃度從微量至百分之幾十不等。

過去100多年以來，全球在陸地、海洋中發現了近百處天然氫滲漏和逸出案例，且廣泛分布于歐洲、美洲、亞洲、非洲、大洋洲等各個地區。

天然氫開發及應用情況

1987年, 在非洲馬里巴馬科北部地區鉆探尋找水資源時, 意外發現純度為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公司在其完成的25口勘探井均發現了天然氫，并建立一座試點發電廠，通過井口采集天然氫作為燃料為附近村落供電，證明天然氫在自然狀態下可產生足夠規模且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, 發現含量約50%的氫氣；2013年, 美國成立了天然氫能源公司(NH2E), 開始在許多國家尋找氫排放點，2015年,該公司在美國各個州均發現了大量氫氣流, 經估算每天高達接近十噸，并于2019年底在堪薩斯州鉆探了第一口天然氫井。2023年，美國HyTerra公司在堪薩斯州和內布拉斯加州的兩個天然氫氣項目已進入前期開發階段。

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，澳大利亞金氫公司獲得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本國470口井中采集的約1,000個天然氫樣品進行了氫氣分析及氫氣量估算, 得出陸上1公里深度內氫氣推斷資源量達16萬立方/年。

2020年，西班牙Helios公司與美國能源過渡基金公司，共同在西班牙薩拉戈薩的一口油井位于地表以下3680米深處發現大量氫氣，并計劃建立氫能中心，持續開展天然氫研究開發。

我國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, 檢測到了含量達99%的氫氣。但整體上，我國針對天然氫的研究大多是把氫氣作為監測自然環境和油氣資源方面的研究, 將其作為能源的調查研究工作較少, 尚停留在實驗室階段。

有學者認為, 在中國的沉積盆地、大陸裂谷地區具備發育高含量氫氣的地質條件, 可以把渤海灣盆地、渭河斷陷作為天然氫勘探的突破區開展理論研究和調查工作。

天然氫發展展望

氫來源廣泛、燃燒不排放二氧化碳，已逐漸成為全球加快能源革命和推進綠色低碳經濟的重要途徑之一。但當前，全球96%氫來自化石能源，制取過程產生大量碳排放；利用可再生能源電解水制氫在全球范圍內尚處于前期和初步示范階段，所產綠氫短期內無法滿足大規模需求且經濟性存在挑戰。在未來能源發展中, 同步尋找更多量多、經濟、可行的氫氣來源很有必要,處于地下豐富的天然氫可能是一種較好的選擇。

全球對天然氫的認識目前整體上處于早期階段, 在機理研究、勘測、開發、應用等各方面均存在大量有待解決的問題。大規模勘測方面難點主要體現在以下幾個方面：氫氣無色、無味，且質量輕，溶解度小，極易揮發遷移；自然系統中，天然氫的產生和消耗緊密耦合，可能導致其濃度較低；早期研究均指向大規模天然氫封存于地球深處，常規地質勘探或化石能源開采尚未涉及，需要研究新型完井技術；氫在上述活動中氣體樣品的檢測和技術分析過程缺位，有可能低估當前天然氫的逸出統計。

作為能源發展過程中的一個新領域，天然氫的可持續性和普遍性有待進一步深入研究，其從發現到研究、開發和最終規模化商業化應用也面臨一系列的挑戰和障礙。

但基于全球已普遍發現的天然氫資源，以及馬里天然氫發電展示的工業化開發潛力，隨著全球對天然氫的持續研究和項目示范，天然氫將可能顛覆當前單純將氫視為“能源載體”的共識，加速其成為一個獨立的能源品類；同時，如果天然氫持續性得到驗證，將大幅度降低氫能源頭成本，從而帶動全產業降本增效，加速氫能規模化應用，有望成為氫能發展及推動碳減排的重要支柱。

來源：中國氫能聯盟