地下蕴藏着多少氢气？
摘要
研究表明，地下地质氢可能是一种宝贵的零碳燃料来源，据估计储量巨大，且在基德克里克和布尔基泽等矿山取得了有前景的发现。然而，商业可行的开采仍是一项挑战，需要进一步探索以释放其潜力。
<p>1990年代，Barbara Sherwood Lollar深入位于安大略北部的基德克里克矿山，该矿山深入北美古老地壳超过三公里。在那里，她的地球化学团队发现了被封存在地下超过十亿年的水。这种古老的盐水被证明是活体<a href="https://www.nature.com/articles/nature12127">微生物</a>的栖息地，这些微生物以水与岩石反应产生的氢气为食。</p>
<p>数十年后，身为多伦多大学地球化学家的Sherwood Lollar重新审视团队的氢气数据，以评估矿山中的气体是否足以成为有用的零碳燃料来源。她说：“如果我们能让一些聪明人想办法将其连接并利用，那么我们就为这个新兴经济赢得了胜利。” </p>
<p>虽然氢气燃料确实显示出作为多功能动力源的潜力，但其生产通常产生大量温室气体排放，且所需能量超过气体本身所含能量。能够开采现成的地下储层——即所谓的“地质氢”——将改变这一局面。</p>
<p><a href="https://www.technologyreview.com/2025/01/23/1110435/geologic-hydrogen/">一系列勘探活动</a>已启动以寻找这种物质，它在地下由水分子与富铁岩石的化学反应分裂产生，或像在基德克里克那样通过其他元素的放射性衰变产生。这场寻宝已遍布全球，吸引了数十家初创公司，包括澳大利亚公司HyTerra和比尔·盖茨支持的公司Koloma，它们都在美国中西部探查与氢气产生相关的<a href="https://www.newscientist.com/article/2483996-the-prospectors-hunting-hydrogen-along-a-us-continental-rift/">古老海洋岩石</a>。</p>
<p>美国地质调查局的研究人员已<a href="https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado0955">估计</a>，地球地壳中产生数万亿吨H<sub>2</sub>；如果其中一小部分可以回收，就能满足全球数百年的氢气需求。但迄今为止的搜索结果并不理想。尚未有人报告发现商业可行的气体储层，且由于公司争夺地位并寻求吸引投资，已发现内容的公开数据依然稀缺。</p>
<p>在基德克里克矿山，Sherwood Lollar和她的同事Oliver Warr利用其长期氢气记录重新评估了潜力。通过仔细研究他们在矿山超过十年间从35个钻孔收集的数据，他们发现每个钻孔平均每年持续释放八公斤氢气。将这一发现外推到基德克里克超过14,000个钻孔，意味着每年约有140公吨气体未被利用地从矿山通风口流出。</p>
<p>这一统计数据于今年早些时候发表在<em>PNAS</em>期刊上，虽然并非改变世界的数量，但Sherwood Lollar表示，如果所有氢气都能被捕获，它至少能提供适度的能源——或许足以驱动矿山运营的相当一部分。她说，这将是一个有价值的本地示范，证明地质氢确实可以被利用。</p>
<p>基德克里克的结果增加了“自然氢气生成和迁移是真实地质过程的日益增长证据”，法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的地球化学家Laurent Truche说。2024年，他的研究团队<a href="https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk9099">报告</a>称，阿尔巴尼亚布尔基泽铬矿每年至少有200公吨气体流出。Truche说：“剩余的挑战不是证明自然氢气存在，而是证明它能在商业规模上经济可靠地生产。”</p>
<p>然而，证明不一定需要发现大矿脉。研究人员和初创公司也在探索通过向天然产生气体的反应岩石中注入水、热量或催化剂来<a href="https://www.technologyreview.com/2025/01/21/1110131/ammonia-addis-energy/">刺激氢气生产</a>的可能性。其中十多个项目由ARPA-E资助，该机构设定了将氢气生产反应加速一万倍的目标——研究人员估计，这将是刺激H<sub>2</sub>生产达到商业可行的速率。</p>
<p>今年早些时候从阿曼山脉传来了一个可能有效的迹象，一支团队钻了一个一公里深的钻孔，并将50,000立方米的水注入岩石。几个月后，当他们打开井口时，气体喷涌而出——且90%是氢气。英国南安普顿大学的地球科学家Jo Shannon在5月的欧洲地球科学联盟会议上告诉与会者：“它冒着气泡。”（Shannon拒绝就报告内容之外发表评论。）</p>
<p>虽然Shannon表示这是一个有希望的迹象，但她谨慎地补充说，仍有大量未知数。最关键的问题是一个基本问题：从井中上升的氢气是通过刺激产生的，还是原本就存在？ </p>
<p><em>James Dinneen是一位来自科罗拉多州的科学和环境记者，现居纽约市。他正在撰写一本关于地球内部的著作。</em></p>
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# 地下蕴藏着多少氢气？
来源：https://www.technologyreview.com/2026/08/17/1141560/how-much-hydrogen-awaits-underground
20世纪90年代，地球化学家芭芭拉·谢伍德·洛拉深入安大略北部的基德克里克矿，该矿向下延伸超过三公里，切入北美大陆的古老根基。在那里，她的地球化学团队发现了已被封存在地下超过十亿年的水体。这些古老卤水竟然是水与岩石反应产生的氢气所滋养的活态微生物（https://www.nature.com/articles/nature12127）的栖息地。
数十年后，在多伦多大学任职的地球化学家谢伍德·洛拉重新审视团队的氢气数据，试图评估该矿是否蕴藏足够氢气使其成为实用的零碳燃料来源。“如果能集合智慧解决如何开发利用的问题，这个新兴能源领域就能取得突破，”她表示。
尽管氢燃料确实展现出作为多功能能源的潜力，但传统制氢过程通常伴随大量温室气体排放，且所需能耗超过气体本身能量。而能够直接开采现成的地下储层——即所谓的“地质氢”——将彻底改变这一现状。
一系列勘探行动（https://www.technologyreview.com/2025/01/23/1110435/geologic-hydrogen/）已在全球展开，旨在寻找这种通过水分子与富铁岩石发生化学反应分裂产生，或如基德克里克矿那样通过其他元素放射性衰变而在地下形成的气体。这场寻氢热已蔓延至全球，吸引数十家初创公司参与，包括澳大利亚HyTerra公司和比尔·盖茨投资的Koloma公司，两者均在美国中西部勘探与产氢相关的古老海洋岩层（https://www.newscientist.com/article/2483996-the-prospectors-hunting-hydrogen-along-a-us-continental-rift/）。
美国地质调查局研究人员（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado0955）估算，地球地壳每年产生数万亿吨氢气；即使只能开采其中一小部分，也足以满足全球数个世纪的氢气需求。但迄今探索仍收效甚微。目前尚无人发现具有商业开采价值的储层，由于企业竞争激烈且寻求投资，已发现资源的公开数据仍然稀缺。
在基德克里克矿，谢伍德·洛拉与同事奥利弗·瓦尔利用长期积累的氢气数据，重新评估了该矿潜力。通过分析十余年间从35个钻孔采集的数据，他们发现每个钻孔年均稳定释放约8公斤氢气。据此推算，基德克里克矿超过14,000个钻孔每年未被利用的氢气排放量可达约140公吨。
这份今年早些时候发表于《美国国家科学院院刊》（*PNAS*）的报告（https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2603895123）所涉规模虽非举世瞩目，但谢伍德·洛拉指出，若能全部捕获，至少可构成适度的能源供给——或许足以支撑该矿相当部分的运营。她认为，这将为地质氢的实际应用提供宝贵的本地化示范。
格勒诺布尔-阿尔卑斯大学地球化学家劳伦特·特吕什表示，基德克里克矿的发现进一步证实“天然氢气的生成与迁移是真实存在的地质过程”。2024年，他的研究团队报告称（https://www.org/doi/10.1126/science.adk9099），阿尔巴尼亚布尔奇泽铬矿每年至少有200公吨氢气流出。特吕什强调：“当前的挑战不在于证明天然氢气的存在，而在于证明其能在商业规模上经济可靠地生产。”
证明其可行性未必需要发现大型矿藏。研究人员与初创企业正在探索通过向天然产氢的反应性岩层注入水、热源或催化剂来（https://www.technologyreview.com/2025/01/21/1110131/ammonia-addis-energy/）刺激氢气生成的可能性。美国能源高级研究计划局（ARPA-E）已资助十多个此类项目，其目标是将产氢反应速率提升10,000倍——研究人员认为达到该速率即可实现商业化生产。
今年早些时候，阿曼山区的一项实验为此提供了曙光。研究团队钻取一公里深钻孔，向岩层注入5万立方米水体。数月后开井时，气体喷涌而出——其中90%为氢气。“井中气泡翻腾，”英国南安普顿大学地球科学家乔·香农在五月的欧洲地球科学联盟大会上向与会者表示。（香农未对报告内容外发表评论。）
尽管香农称这是积极信号，但她谨慎指出仍存在诸多未知。最关键的问题很基础：通过刺激生成的氢气是从井中上升的，还是原本就存在？
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