加拿大科学家发现，古老的地下岩石正在自然产生氢气，且产量巨大。来自安大略省矿井钻孔的测量结果显示，该气体可连续涌出长达数年，提供了一种被称为“白氢”的潜在清洁能源新来源。研究人员表示，这一隐藏资源有助于为工业和偏远社区提供动力，同时降低碳排放并减少对化石燃料的依赖。
多伦多大学和渥太华大学的研究人员对加拿大地盾进行了研究，该地区是一片广阔的区域，拥有地球上最古老的一些岩石构造。他们首次直接测量了从这些数十亿年历史的岩石中逸出的氢气，追踪了其随时间的积聚方式，并绘制了气体富集区域的地图。
这些发现发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上，可能有助于确定天然产生的“白氢”能否成为一种实用且经济的能源。这项工作还引入了一种新的氢气勘探策略，可能有助于减少温室气体排放并扩大清洁能源选择。
安大略省矿井钻孔中测得的氢气流
研究人员从安大略省蒂明斯附近的一座运营中的矿山收集了数据。他们发现，钻入岩石的钻孔平均每年释放0.008吨氢气，约8千克，大约相当于一块典型汽车电池的重量。根据这项研究，气体流动至少可以持续十年。
当范围扩大到该地点近15,000个钻孔时，估计氢气年产量超过140吨。研究团队计算得出，仅这一个地点每年就能产生约470万千瓦时的能量，足以满足400多户家庭一年的能源需求。
“这项研究的数据表明，我们面临着关键且未被开发的机遇，可以从我们脚下的岩石中获取具有成本效益的国内能源，”该研究的主要作者、多伦多大学文理学院地球科学系大学教授芭芭拉·舍伍德·洛拉尔说道。“此外，这提供了一种‘加拿大制造’的资源，可能有助于支持地方和区域工业中心，并减少它们对进口烃基燃料的依赖。”
天然氢为何重要
氢气已经在全球经济中扮演重要角色，其价值约为1350亿美元。它被广泛用于化肥制造，这对农业和全球粮食生产至关重要。氢气在甲醇生产和炼钢中也具有重要意义。
如今，大多数氢气是通过依赖石油、天然气和煤炭等化石燃料的工业方法生产的。这些过程消耗大量能源，并释放一氧化碳和二氧化碳。即使是利用可再生能源产生的“绿氢”，仍然成本高昂且能源密集，同时还需要运输和存储基础设施。
然而，天然氢受到的关注要少得多。直到最近，大多数研究都集中在它在地下微生物生态系统中的作用及其对天体生物学和太空探索的潜在重要性上。对其能源潜力的估计很大程度上是理论性的，因为科学家缺乏来自现实地点的直接长期测量数据。
这项新研究通过记录多年持续的氢气释放改变了这一状况。
古老岩石天然产生氢气
“天然氢是随着时间的推移，通过岩石与岩石中地下水之间的地下化学反应产生的，”舍伍德·洛拉尔说。“加拿大有幸拥有广阔的领土，特别是在加拿大地盾，拥有产生这种天然氢气的合适岩石和矿物。”
研究人员表示，加拿大可能拥有独特的机遇，在不依赖碳氢化合物的情况下生产更清洁且可能更便宜的氢气。他们还指出，许多其他国家也存在类似的产氢岩石，这表明该方法最终可能在全球范围内应用。
天然氢浓度最高的地区出现在已与加拿大采矿活动相关的地质区域。这些地区包括安大略省北部、魁北克省、努纳武特和西北地区。
“共同点是岩石，”该研究的合著者、渥太华大学地球与环境科学系助理教授奥利弗·瓦尔说。“天然氢产生于发现加拿大镍、铜和金刚石矿床的同类岩石中，这些岩石目前也是锂、氦、铬和钴等关键矿物的勘探目标。采矿资源与氢气生产及使用的共存，减少了对通往市场的长距离运输路线、氢气存储和大规模氢气基础设施开发的需求。”
对采矿和北部社区的潜在益处
该研究的作者认为，天然氢可以帮助降低加拿大采矿业的成本和碳排放。在采矿作业附近产生的氢气可以提供本地能源，而无需建设大型的新运输系统。
研究人员还建议，经常面临高昂燃料运输成本的北部社区可以从附近的氢气资源中受益。使用本地采购的氢气可以降低能源开支，同时减少对进口燃料的依赖。
“目前存在一场全球竞赛，旨在增加氢气的可用性，以便为现有的氢能经济脱碳并降低成本，”舍伍德·洛拉尔说。“我们现在对这种资源的经济可行性有了更好的了解，这可以应用于绘制全球已知和待发现的氢气矿藏。”