天然氢：瑞士踏上“洁净石油”的探索之路
法国一处天然氢矿床的发现将可能改变世界能源供应的格局。与此同时，瑞士也在寻找这类不会产生二氧化碳排放的可再生能源方面展开了行动。但事实远非人们想象得那么乐观。
閱讀本文繁體字版本請 點擊此處
在能源转型的课题上，氢被视为一项不可或缺的基本要素。它可以取代汽车中的汽油和飞机中的煤油，并在不产生二氧化碳排放的前提下帮助人们实现出行。问题是，对气候有害的温室气体会在氢的生产过程中被释放出来。世界范围内，90%以上的氢产自于化石能源，尤其是甲烷。虽有其它制氢方式可供选择，譬如从可再生能源中获得氢，但过高的成本却是目前一大阻碍。
正因如此，人们将焦点转移到了天然氢这一替代能源以及从地下提取天然氢这一可能性上。美国、澳大利亚和西班牙的初创企业均已开展了相关的钻探项目。不仅如此，最近在法国发现的天然氢矿藏表明，该气体并非人们想象得那样稀有。此外，瑞士也可能拥有天然氢储备，而初步的观察结果则令人十分看好该领域的发展前景。
下文将普及天然氢的相关知识，还将对这种气体的特性和其作为未来燃料的潜力进行分析。
天然氢的形成原理
通过化学反应，地球在不断地制造氢气。其中最主要的化学反应包括富含铁的矿物质的氧化和水的辐射分解 (即水分子在天然放射的影响下产生的分裂行为)。这些化学反应释放出氢分子 (H2)，而这些氢分子通常以与其它元素结合的方式存在，譬如水(H2O) 这种物质便是氢气与氧气结合的产物。此外，氢气会上升到地表或是聚积在地下沉积物中。
天然氢和人造氢的区别
天然氢和人造氢在性质和化学成分上完全相同，且都属于没有气味但高度易燃的气体类型。两者之间的区别仅仅体现在产生的方式上：被称为“白氢”的天然氢产生于地壳深处，而合成氢 (亦即人造氢) 则通过化学和工业过程被制造出来。
虽然氢在燃烧过程中不会产生温室气体排放，但由于合成氢的来源是化石燃料，在这类制氢过程中，二氧化碳会被释放出来。这种通过燃烧化石燃料获得的氢被称为“灰氢”。但如果制氢设备能够同时对碳排放进行捕获和封存，那么，以此方式产生的氢气则被称为“蓝氢”。
人们也可通过电解的方式获得氢气。电解是一种利用电力将水分子分解成氢和氧 (亦即水的两大主要成分) 的过程。而当电力来自于可再生能源 (例如光伏或风力发电) 时，以此获得的氢气则被定义为“绿氢”。
天然氢的优势
氢既是一种载体，也是一种能量来源。氢的燃烧不会产生二氧化碳排放，仅会产生废水。在质量相同的前提下，一个氢分子含有的能量大约是汽油所含能量的三倍。因此，氢气可被用来为配备了燃料电池的汽车、卡车和飞机提供动力。下面的动画为我们演示了氢燃料电池的工作原理：
天然氢的一大优势在于，它是一种几乎不会枯竭的能源。此外，和动辄耗时数百万年的有机物向石油转化的过程相比，只需几十年或几百年的天然氢产生过程显然更为迅速。正因如此，氢矿藏能够在保证持续开采的同时快速实现再生。
此外，天然氢在成本方面也具备优势：据估计，每千克天然氢的成本尚不到1美元。因此，和产自于化石燃料的氢气 (每千克成本在0.5至1.7美元之间) 以及产自于可再生能源的氢气 (每千克成本在3到8美元之间) 相比，天然氢显然是一种更加便宜的能源。
对此，任职于美国地质调查局的杰佛瑞·艾利斯 (Geoffrey Ellis) 表示：“天然氢具备在全球范围内成为重要新能源的巨大潜力。”
当下：发展天然氢能源的最佳时机？
直到大约十年前，人们始终认为天然氢储备几乎不存在或是无法获取。然而，伴随着2012年马里共和国 (位于西非和萨赫勒地区的内陆国家) 一处天然氢矿藏的发现，大众的观点终于发生了转变。在该非洲国家，人们通过在当地直接燃烧氢气来为一个小型村庄供电。
这一重要发现大大推动了针对天然氢展开的勘探工作。今年五月，法国能源公司(Française de l’Energie) 宣布，他们在法国东北部洛林地区发现了一处天然氢矿床。该矿床储藏的氢气可达4600 万吨，相当于全球每年氢产量的一半。
世界主要天然氢储备分布在哪里？
含铁矿物质的存在、高于200摄氏度的温度以及良好的渗水性，具备这些有利于形成天然氢的地质特征的地区数不胜数。除了美国、澳大利亚、法国和西班牙之外，俄罗斯、加拿大、阿曼苏丹国、日本和中国等地区的天然氢储备也被普遍看好。
瑞士天然氢：我们了解多少？
地质图表以及对土壤中气体进行的化学测量揭示了瑞士和整个阿尔卑斯地区天然氢的存在。作为初创公司Lavoisier H2 Geoconsult的联合创始人，地球化学家埃里克·高赫(Eric Gaucher) 解释道：“我们发现了在过去产生出氢气的岩石；如今，我们的任务则是在地质深处探索那些今天仍可制造出氢气的岩石的存在。”
在阿尔卑斯山脉形成的最初，地球板块的碰撞导致了地幔中富含铁的岩石更加接近地表。过去几个月里，埃里克·高赫在格劳宾登州和瓦莱州进行了研究，并揭示了天然氢在地质深处部分区域内存在的可能性。这项初步研究结果无疑增强了人们的信心。这位专家同时表示，下一阶段的任务将是寻找用于资助论文工作的资金和评估天然氢在瑞士的真实发展潜力。
>> 以下视频帮您了解瑞士如何勘探天然氢气(瑞士法语电视台2023年7月22日报道)：
对照石油王国卡塔尔，未来的瑞士有望成为一个天然氢大国？埃里克·高赫强调，这样的想法极不成熟。这位初创公司的负责人表示，目前看来，科学界虽表现出继续研究的兴趣，但迄今为止，除了冰岛的地热井之外，全球范围内尚未有任何地区能够证实天然氢的开采是一件有利可图的事情。
无可避免的是，瑞士想要批准氢勘探项目，首先必须效仿去年的法国对本国法律 (确切地说，对矿产资源法) 进行修改。值得一提的是，在瑞士，各州将自主决定这类研究是否可在其领土上获得授权。
来自环保组织的声音
瑞士绿色和平组织 (Greenpeace) 的环保人士纳森·索洛图尔曼 (Nathan Solothurmann) 认为，作为能源，氢并非无懈可击。瑞士法语区日报Le Nouvelliste外部链接解释道，氢作为一种挥发性物质具有重大的泄露风险。在大气层中，氢对气候的危害比二氧化碳的危害足足高出11倍。此外，无论是氢的勘探，还是氢的存储和运输都十分依赖特定的基础设施，而这类设施将对我们的环境产生负面的影响。
索洛图尔曼认为，天然氢只能在一些特定的化学过程中 (譬如化肥生产) 作为甲烷的替代物被使用。在这位专家看来，将天然氢作为燃料进行大规模使用的想法不过是场“危险的幻想”而已。
(译自意大利语：Aikens Jun，编辑：Sabrina Weiss)
符合JTI标准
您可以在这里找到读者与我们记者团队正在讨论交流的话题。
请加入我们！如果您想就本文涉及的话题展开新的讨论，或者想向我们反映您发现的事实错误，请发邮件给我们：chinese@swissinfo.ch。