【明報專訊】氫氣是一種能量密度極高的氣體,早在太空探索年代,它被認為有潛力成為化石燃料的替代品之一。不過,以往科學家和能源業者普遍認為,自然界中存在的氫氣極少,氫氣的生產方式,主要離不開將煤氣化、用水蒸汽將天然氣轉化,或將水電解等3種方式。然而,近年愈來愈多研究顯示,在地表之下自然存在氫氣,稱為「地質氫」或「天然氫」。而且,其濃度和蘊藏量看來不太低,估計其開採成本相當有競爭力。地質學家預料,「地質氫」將會在主要經濟體當中掀起新一輪的「淘氫熱」!
「地質氫」或有多個成因
所謂「地質氫」,是指在地球表面下以自然形式發現的氫氣。地質學家發現,有多達數十種自然過程可以產生氫氣,但究竟當中那些機制能夠產生大量氫氣,暫時仍未能完全肯定。
關於「地質氫」的形成,現時有很多種解釋,大致可以分為「深層釋放」、「地質化學生成」、「生物生成」三大類。「深層釋放」類理論認為,地球的地核和地幔中本來就存在極豐富的氫,隨着地質運動而逐漸釋放到地表。而「地質化學生成」和「生物生成」類理論認為,岩石破裂產氣、岩石和流體的氧化作用、水的裂解、有機生物和非生物分解等地下化學反應,都可能產生氫氣。
其中一個可能性甚高的成因是,地下水和「橄欖石」(一種呈綠色的鎂鐵矽酸鹽)等富含鐵的礦物在高溫下發生反應,令水被分解為氫氣和氧氣。當中,氧氣與礦物中的鐵結合,而氫氣則逃逸到周圍的岩石層之間,或者被吸附在岩石內。
雖然世界各國對於「地質氫」的勘探調查仍處起步階段,但從近年勘探結果看來,「地質氫」看來具有一定的開採潛力。據媒體報道,至今,全世界已經有30多個國家發現了逸出的「地質氫」濃度超過10%的案例,包括美國、加拿大、法國、馬里、阿曼、俄羅斯、巴西等。
在馬里、阿曼、美國,更有從地下泄漏的氣體中檢測到濃度高達90%以上的氫氣的案例。其中,在非洲馬里南部陶德尼巨型盆地布爾克布古(Bourakebougou),當地人利用地下泄漏出來的氫氣來發電已有一段時間。法國亦在2023年,在洛林礦盆地發現了高濃度的「地質氫」,儲量可能達到4600萬噸。
在中國內地的柴達木盆地、松遼盆地、雲南、山西、渤海灣盆地等地區據報都發現了「地質氫」,但濃度和蘊藏量未明。
樂觀估計每公斤生產成本低於1美元
有不少科學家和能源業者樂觀估計,若大量開採的話,「地質氫」的每公斤生產成本將會低於1美元。所以,「地質氫」又被稱為「白氫」或「金氫」。
相比之下,現時以化石燃料來生產氫氣,每公斤成本要0.5至1.7美元,而且過程中會產生大量二氧化碳。若使用可再生能源來將水電解以生產氫氣(現時最環保的製氫方法,稱為「綠氫」),每公斤成本達3至8美元,通常約為6美元。
根據2020年的一篇學術研究文獻統計,截至該年,估計全球已發現的「地質氫」每年逸出量為1500萬至3100萬噸。而美國地質調查局近年估計,地球地表下可能蘊藏着超過5萬億噸的「地質氫」。雖然當中大部分都可能難以開採,但只要開採到其中的小部分,就足以為能源產業帶來重大改變。
美國能源部高級研究計劃局能源科主任Wicks去年接受《Forbes》訪問時表示,從全球來看,「地質氫」的蘊藏量可能是天文數字,這個推測是基於產生氫氣所需的地質條件很普遍而得出的。他又稱:「潛在的儲藏量是150萬億噸,而10億噸就可以為美國提供一年電力。」
有研究機構指出,現時還未有真正商業化的「地質氫」開採項目,但美國、澳洲、加拿大、法國、西班牙等西方國家在「地質氫」的開採規劃方面處於領先水平。
在西方國家,除了傳統石油巨擘對於「地質氫」虎視眈眈之外,還有一批初創企業,也開始或準備加入勘探行列,包括Koloma、Gold Hydrogen、HyTerra、Natural Hydrogen Energy、Helios Aragon等。其中Koloma吸引到微軟創辦人Bill Gates的突破能源基金會及其他機構合共投資9100萬美元。
西方國家開採規劃處領先水平
有研究機構估計,隨着勘測和開採技術進步,「地質氫」未來可能成為主要能源形式之一,甚至代替天然氣;預計到2035年,全球「地質氫」產業價值將會達到約800億美元。不過,也有一些地質學家指出,很多估計都可能太過樂觀。例如「地質氫」的蘊藏量可能非常分散,令到其開採無法符合成本效益。此外,「地質氫」依狀態不同,可以分為游離態、包裹體、溶解氫三類。
其中,游離態大多為氣態的「地質氫」,一般分佈在淺層地表中;包裹體指包裹或吸附在岩石內的氫,大多分佈在壓力較高的深層地質中;溶解氫指溶解在水中的氫氣,大多存在於氫礦周圍的地下水。現時各國勘探的,主要只是游離態的「地質氫」。
更重要的是,在「地質氫」開採過程中,一定會有不少氫氣會泄漏到大氣層中。而氫氣在100年間的溫室效應,大約相當於二氧化碳的11.6倍。