地底下存在的大量天然氢,或将成为未来油田?
发布时间: 2024-04-30
浏览量:0

导语


氢气是一种强还原性气体,地球表面存在大量氧化剂,氢气易于被氧化,传统观点认为自然界中很难存在自由态氢即氢气。因此,在传统的石油工业中,人们一直认为天然氢是不存在的,氢气作为二次能源只能通过一次能源的转换而来。


但随着科学的进步,这一传统观念正在被打破,一种全新的能源——天然氢,正逐渐走进我们的视野。那么“天然氢”是什么?从何而来?对于目前的能源结构改革升级又会带来什么样的影响?


天然氢是什么?



天然氢是通过地壳和地幔中的地质构造运动和化学过程自然形成,因此也被称为“地质氢”。它是真正意义上的零碳能源与太阳能、风能等能源一样,对环境无污染。为了与其他人工制氢(灰氢、蓝氢、绿氢)区分开,它又被称为“金氢”或“白氢”。

图片

含天然氢的海底喷气孔




天然氢与其他人工制氢有三个明显的特点。


1. 天然氢是清洁无污染的,因为在生产链中没有碳。与灰氢、蓝氢相比,它既不排放二氧化碳,也不需要捕获二氧化碳。与粉红氢相比,它不涉及核废物处理。


2. 它是一种一次能源,而不是一个能量载体,不需要通过其他一次能源转换而来。与绿氢相比,它既不消耗大量能量,也不消耗水。


3. 它是可持续、可再生的,天然氢来自于自然的地质和化学现象,与需要数百万年形成的化石燃料储存不同。理论上讲天然氢是不断形成的,能够以低成本无休止地开采。


天然氢的意外发现


几个世纪前,人们就知道地下存在天然生成的氢气,在元素周期表之父门捷列夫于煤矿中发现富氢气体并进行记载后,有关逸出地表的富氢气体的概念在19世纪后期就发展起来。但由于存在天然氢无法富集的认知偏差,长期以来,人们并没有对地下天然氢有进一步探索。


图片

门捷列夫



直到1987年,马里的布拉克布古村附近正在钻探的一个水井发生爆炸和大火。白天的大火颜色如蓝色的海水,且没有黑烟污染,人们只觉得惊奇,但未进行深入研究。2012年,勘测团队才发现了水井眼中流出的物质是纯度高达98%的氢气。


于是,人们开始在此处钻探氢气,并安装了一台发动机燃烧氢气为村庄发电,沿用至今。这是全球迄今为止唯一一处被开发利用的天然氢气点,至此,人类开启了天然氢勘探开发利用之门。


图片

马里天然氢井


随后几年,加拿大、美国、西班牙、澳大利亚、法国对天然氢的钻探都取得了成功。2019年,Natural Hydrogen公司钻探了美国第一口天然氢探井,为天然氢的进一步发展提供了支撑。2023年,法国发现了高浓度的巨量天然氢矿藏,总储量高达4600万吨。


天然氢储量可观!


从近年来的勘探结果来看,天然氢具有较大的资源总储量及可开采利用潜力。研究人员发现在海底或大陆喷气孔、温泉口、“仙女圈”(天然氢逸出造成植被难以生长的圆形洼地)或构造裂缝处天然氢含量较高,而且在许多深度从几米到1000米不等的地下水、石油和天然气钻孔中也有天然氢的身影。这些发现都表明,地下可能赋存有大量的天然氢。


图片

仙女圈


天然氢在全球范围内的分布极为广泛,世界上已有30多个国家陆续发现了富含天然氢的地方,但不同地区、不同地质环境氢气含量差异较大。马里、阿曼、美国等国都有从地下泄漏的气体中检测到含氢量90% 以上的案例,可利用价值较高。


图片

天然氢发现地点



天然氢储量规模方面,据研究发现,截至2020年全球已发现的天然氢地面逸出量估算值为1.5-3.1千万吨/年,相当于200-400 GW电解槽制氢规模。而且由于目前地质深层氢气量无法估算,以及中国等国家和地区尚未展开天然氢的系统检测和资源量计算,因此实际天然氢资源储量应该更为可观。


图片

部分天然气储量与地域分布


天然氢开发现状


天然氢资源丰富、开采可行性较高。近年来,海外在天然氢领域涌现了一批新兴企业,资源勘探正在加快。这些企业最早勘探布局已有5年以上,定位到多个有开采价值的天然氢矿藏地点,并从2023年开始逐渐展开商业化开采布局。


图片

含天然氢的陆地喷气孔



在美国,NH2E、HyTerra两家天然氢企业已确定北美中部裂谷系为天然氢富含地,开始布局国际上第一口商业化天然氢矿井开发建设。在欧洲,西班牙、法国均有天然氢开采规划;在韩国,韩国国家石油公司也宣布发现了5处潜在天然氢源。2023年10月,澳大利亚GoldHydrogen公司首次进行天然氢开采试钻的地点选择,最终首次试钻氢气浓度高达73%。


图片

天然氢开采项目



国内现阶段尚无天然氢的勘探及开采项目披露,但在天然氢的资源分布数据及研究也已有一定的积累。依托于已覆盖国内大部分地区的油气和矿产资源勘探开发活动,国内已有较多的天然氢发现案例。如在松辽盆地的个别钻井中发现氢气含量高达85.54%,在柴达木盆地三湖地区2号井的岩屑罐顶气中,检测到了含量最高可达99%的氢气。


图片

柴达木盆地



此外,在云南腾冲部分热泉、山西沁水煤矿和煤井、渤海湾盆地、松辽盆地等多地我国均有低浓度天然氢发现案例。在这些地区,中石化、中煤,以及地质勘探机构等油气、矿产企业机构或已掌握了较为可观的天然氢分布资料。


未来可期


整体来看,目前全球氢市场价值超过1200亿美元,年消费量达1亿吨。据高盛投行预计,到2030年,全球氢市场价值将达到2500亿美元,到2050年价值达1万亿美元。目前绿氢的成本约为39元/kg,而据《科学》杂志报道,天然氢每公斤的成本还不到4元,成本优势显著。


图片

氢的生产成本(美元/kg)



不过,当前人们对天然氢的研究仍处于早期阶段,天然氢的形成过程、迁移、如何实用化等难题有待科学家和企业持续研究、实验和解密。随着技术发展,或许,同样是清洁无污染的天然氢有望成为绿氢的廉价替代品,主导未来的氢能市场!



参考文章:

《数百亿吨的天然氢,谁能接住这“泼天的富贵”》华夏能源网

《天然氢:不可忽视的无碳新型能源宝藏》自然资源科普与文化

《天然氢开发前景引业界关注》毛宗强

《“天然氢”的潜力》环球杂志


Copyright ©   

技术支持:

粤ICP备19103475号