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【洪存正專欄】一個新的低碳、氫動力時代的開始

銳傳媒/特別報導 2024.04.19 14:03

地質實地考察有時會發生在危險的地方,從火山爆發的斜坡到寒冷的南極峽谷的深處。即便如此,它們往往不會發生在爆炸的礦井內。然而,這正是一群科學家去探索的地方:位於阿爾巴尼亞首都地拉那東北部的布爾奇澤鉻鐵礦礦。他們不是尋找有價值的礦物或迷人的岩層,而是尋找這些爆炸的來源:幾乎純淨的氫氣——一種可以改變世界的潛在再生能源。羅賓·喬治·安德魯斯Robin George Andrews發表在最新一期《國家地理雜誌》(National Geographic) 的<這座爆炸礦井中的氣體無味、無色,可以改變世界>( The gas in this exploding mine is odorless, colorless—and could transform the world)指出,在阿爾巴尼亞礦井深處發現了大量氫氣,研究人員開始尋找更多埋藏在地球中的氣體。(The discovery of a large cache of hydrogen deep in an Albanian mine has researchers searching for more of the gas trapped in the earth.)

地下可能蘊藏足夠的氫來為地球提供動力

正如《科學》雜誌最近的一項研究報導,研究小組發現了這一點。在地下深處,他們遇到了一個像瘋狂的按摩浴缸一樣沸騰的小水池。 「氣體真的很強烈,」地拉那理工大學的地質學家、該研究的作者之一巴德爾·穆塞庫 (Bardhyl Muceku)說。大約 84% 的氣體是氫氣,這是布爾奇澤礦井中每年至少排放至少 200 噸氫氣的幾個滲漏點之一。世界距離能夠廉價、乾淨、有效率地從地球中提取大量天然氣還有幾年的時間。首先,需要找到這些水庫。

「還有很多工作要做,」未參與這項工作的美國地質調查局石油地球化學家傑弗裡·埃利斯 (Geoffrey Ellis)說。但像布爾吉澤這樣的發現令人樂觀,因為地下可能蘊藏足夠的氫來為地球提供動力。 “這可能有效,”他補充道。

如果我們能夠捕捉氫,可以幫助變暖的世界擺脫化石燃料

氫是宇宙中最常見的元素,但在地球上很難找到。當不與其他化合物結合時,它是一種無色氣體,喜歡向天空逸出。這是一種恥辱,因為如果我們能夠捕捉它,它可以幫助變暖的世界擺脫化石燃料。

「它可以用作低碳能源儲存,」愛丁堡大學的地能專家卡特里奧娜·埃德爾曼(Katriona Edlmann)說,她沒有參與這項工作。 「你可以燃燒它,它只會產生水。或者你可以將它用於燃料電池,它可以產生電力。它可以像天然氣一樣使用。

人類已經知道氫多年來一直從地球上滲出。艾德曼說:「我們對氫氣滲漏的了解已有數千年之久。」全球各地都可以發現頂部冒著無盡火焰的小氣體區。但人們一直認為地下含有微量的這種物質。

「我們的假設是你永遠無法累積它,」艾利斯說。氫氣作為一種分子,體積小、重量輕且具有擴散性,因此科學家推斷,任何地下儲藏室都應該很久以前就洩漏到太空中,或者被某些使用氫作為能源的微生物吃掉。

石油工業也沒有在尋找氫氣。他們有時會在尋找石油或甲烷氣體礦藏時偶然發現它,但「他們只是沒有報告,或者將其埋在一些公司報告中,」艾利斯說。 “他們不感興趣。這不是他們想要的。

廉價的氫是邁向氫經濟的主要一步

如今,在某些情況下,氫被用作次要能源或電力來源,但它必須被製造出來。有很多種方法可以做到這一點,從使用太陽能以電力方式從水分子中分離出氫氣,到使用蒸汽從甲烷氣體中提取氫氣。

但這些方法要不是成本高昂,就是容易釋放溫室氣體,或是兩者兼具。 「廉價的氫是邁向氫經濟的主要一步,」愛丁堡大學永續能源科學家Ali Hassanpouryouzband說道,他沒有參與這項工作。目前,這種情況還不存在。

利用地球內部的能源可以為世界提供動力嗎?

在理想的情況下,從地下提取純氫氣將是獲取有價值物質的最具成本效益的方式。但這個世界長期以來一直是虛構的——直到 2012 年,馬利發現了一個巨大的氫氣儲層。此後又發現了更多的氫氣,包括歐洲和南美洲的一些。現在,氫氣不能被困在地下的想法“似乎不太合理”,艾利斯說。

還可能被囚禁在什麼地方?探礦者不能隨意尋找它。首先,他們需要有關它是在哪裡製造的線索,這意味著他們需要知道地球是如何製造它的。

儘管已知一些微生物會產生這種氣體,但氫獵人往往將注意力集中在地質製造商上。富含鐵或鎂的火山岩在有水(最好是熱水)的情況下可以釋放氫氣。某些岩石發出的自然輻射也可以分解水以形成氫氣。艾利斯說,地球更深層的內臟,包括油灰狀的地幔,可能儲存著“自地球最初形成以來就被困住的原始氫”,而撕裂地殼的深層裂縫可能會將其釋放到地表。

氫未來的暗示

阿爾巴尼亞的布爾奇澤礦成為探礦者的主要目標有兩個主要原因。首先,它切入了可以追溯到恐龍時代的古老海底,那裡充滿了液體和富含鐵的火山岩,使其成為一個很有前景的氫工廠。

其次,它曾在 2011 年、2017 年和 2023 年發生過多次爆炸。 「在這些事故發生之初,他們並不知道那是氫氣,」穆塞庫說。

儘管布爾吉澤的科學家檢測到了一些甲烷,但大部分逸出的氣體是氫氣。每年至少有 200 噸,這是迄今為止發現的最多產的氫氣滲漏之一。

但氫的發現並沒有讓每個人都感到興奮。 「這並不是一個很大的數字,」穆切庫說。他的團隊估計該礦井總共含有 5,000 至 50,000 噸揮發性蒸氣。以能源為重點的探礦者正在尋找儲存的數百萬噸的氫氣。

這裡真正重要的是氣體能夠被捕獲:它有一個有效的岩石密封,並且它不會被飢餓的微生物吞噬,也不會被無益的地質反應分解。

一個新的低碳、氫動力時代的開始

埃利斯說:“這種積累可能是在數萬年的時間內形成的。” Muceku 解釋說,只有當礦井深入約 2,000 英尺時,氫氣才開始逸出並引起意外爆炸。這次挖掘似乎使一個隱藏水庫的頂部破裂,該水庫的深層斷層將古老的氫氣從海底板深處輸送到上面的礦井。

挖掘出的海底板塊始終是氫氣搜尋者的高度優先目標,但這項研究強調了這個概念。也許可以在世界各地類似的構造石棺中找到一個新的低碳、氫動力時代的開始。

這個故事才剛開始書寫。地球天然氫儲量是否足以滿足世界能源需求仍不確定。即使事實確實如此,有效提取這種氣體的技術手段以及加速其地質生產的方法也只是典型的。

最重要的是找到那些氫氣儲存庫,並希望能找到它們。目前,地質學家們才剛觸及表面。

「我們必須更深入地了解潛力,」穆切庫說。

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