天然氫：瑞士踏上「潔淨石油」的探索之路

地球化學家Eric Gaucher認為，在瑞士地下可能存在天然氫礦。 RTS-SWI

法國一處天然氫礦床的發現將可能改變世界能源供應的模式。同時，瑞士也在尋找這類不會產生二氧化碳排放的再生能源方面展開了行動。但事實遠非人們想像得那麼樂觀。

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在能源轉型的課題上，氫被視為一項不可或缺的基本要素。 它可以取代汽車的汽油和飛機中的煤油，並在不產生二氧化碳排放的前提下幫助人們實現旅行。 問題是，對氣候有害的溫室氣體會在氫氣的生產過程中被釋放出來。全世界，90%以上的氫產自於化石能源，尤其是甲烷。雖有其他製氫方式可供選擇，譬如從再生能源中獲得氫，但過高的成本卻是目前一大阻礙。

正因如此，人們將焦點轉移到了天然氫這一替代能源以及從地下提取天然氫這一可能性。美國、澳洲和西班牙的新創公司均已開展了相關的鑽探計畫。不僅如此，最近在法國發現的天然氫礦藏表明，該氣體並非人們想像得那麼稀有。 此外，瑞士也可能擁有天然氫儲備，而初步的觀察結果則令人十分看好該領域的發展前景。

下文將普及天然氫的相關知識，也將對這種氣體的特性和其作為未來燃料的潛力進行分析。

天然氫的形成原理

透過化學反應，地球不斷地製造氫氣。其中最主要的化學反應包括富含鐵的礦物質的氧化和水的輻射分解 (即水分子在天然放射的影響下產生的分裂行為)。 這些化學反應釋放出氫分子(H2)，而這些氫分子通常以與其他元素結合的方式存在，譬如水(H2O) 這種物質就是氫氣與氧氣結合的產物。此外，氫氣會上升到地表或是聚積在地下沉積物中。

天然氫和人造氫的區別

天然氫和人造氫在性質和化學成分上完全相同，且都屬於沒有氣味但高度易燃的氣體類型。兩者之間的差異僅體現在產生的方式上：被稱為「白氫」的天然氫產生於地殼深處，而合成氫 (亦即人造氫) 則透過化學和工業過程被製造出來。

雖然氫在燃燒過程中不會產生溫室氣體排放，但由於合成氫的來源是化石燃料，在這類氫氣過程中，二氧化碳會被釋放出來。這種燃燒化石燃料所獲得的氫稱為「灰氫」。但如果氫氣生產設備能夠同時對碳排放進行捕獲和封存，那麼，以此方式產生的氫氣則稱為「藍氫」。

人們也可透過電解的方式獲得氫氣。電解是一種利用電力將水分子分解成氫和氧 (亦即水的兩大主要成分) 的過程。而當電力來自於再生能源 (例如光伏或風力發電) 時，以此獲得的氫氣則被定義為「綠色氫」。

天然氫的優勢

氫既是一種載體，也是能量來源。氫的燃燒不會產生二氧化碳排放，只會產生廢水。在質量相同的前提下，一個氫分子所含有的能量大約是汽油所含能量的三倍。因此，氫氣可被用來為配備了燃料電池的汽車、卡車和飛機提供動力。 下面的動畫為我們示範了氫燃料電池的工作原理：

天然氫的一大優點在於，這是一種幾乎不會枯竭的能源。此外，和動輒耗時數百萬年的有機物轉化為石油的過程相比，只需幾十年或幾百年的天然氫產生過程顯然更為迅速。正因如此，氫礦藏能夠在保證持續開採的同時快速實現再生。

此外，天然氫在成本方面也具備優勢：據估計，每公斤天然氫的成本尚不到1美元。因此，和產自於化石燃料的氫氣(每公斤成本在0.5至1.7美元之間) 以及產自於再生能源的氫氣(每公斤成本在3到8美元之間) 相比，天然氫顯然是 一種更便宜的能源。

對此，任職於美國地質調查局的傑佛瑞·艾利斯 (Geoffrey Ellis) 表示：“天然氫具備在全球範圍內成為重要新能源的巨大潛力。”

當下：發展天然氫能源的最佳時機？

直到大約十年前，人們始終認為天然氫儲備幾乎不存在或無法取得。然而，伴隨著2012年馬利共和國 (位於西非和薩赫勒地區的內陸國家) 一處天然氫礦藏的發現，社會大眾的觀點終於發生了轉變。在該非洲國家，人們透過在當地直接燃燒氫氣來為一個小型村莊供電。

這項重要發現大大推動了針對天然氫展開的勘探工作。今年五月，法國能源公司(Française de l’Energie) 宣布，他們在法國東北部洛林地區發現了一處天然氫礦床。該礦床儲藏的氫氣可達4,600 萬噸，相當於全球每年氫產量的一半。

世界主要天然氫儲備分佈在哪裡？

含鐵礦物質的存在、高於攝氏200度的溫度以及良好的滲水性，具備這些有利於形成天然氫的地質特徵的地區數不勝數。 除了美國、澳洲、法國和西班牙之外，俄羅斯、加拿大、阿曼蘇丹國、日本和中國等地區的天然氫儲備也普遍被看好。

瑞士天然氫：我們了解多少？

地質圖表以及對土壤中氣體進行的化學測量揭示了瑞士和整個阿爾卑斯地區天然氫的存在。身為新創公司Lavoisier H2 Geoconsult的共同創辦人，地球化學家 Eric Gaucher 解釋：「我們發現了在過去產生氫氣的岩石；如今，我們的任務則是在地質深處探索那些今天仍可製造出氫氣的岩石的存在。」

在阿爾卑斯山脈形成的最初，地球板塊的碰撞導致了地函中富含鐵的岩石更接近地表。過去幾個月裡，埃里克·高赫在格勞賓登州和瓦萊州進行了研究，並揭示了天然氫在地質深處部分區域內存在的可能性。這項初步研究結果無疑增強了人們的信心。這位專家同時表示，下一階段的任務將是尋找用於資助論文工作的資金和評估天然氫在瑞士的真實發展潛力。

>> 以下影片幫您了解瑞士如何探勘天然氫氣(瑞士法語電視台2023年7月22日報)：

對照石油王國卡達，未來的瑞士可望成為天然氫大國？埃里克·高赫強調，這樣的想法極不成熟。這位新創公司的負責人表示，目前看來，科學界雖表現出繼續研究的興趣，但迄今為止，除了冰島的地熱井之外，全球範圍內尚未有任何地區能夠證實天然氫的開採是一件有利可圖的事。

無可避免的是，瑞士想要批准氫勘探項目，首先必須效仿去年的法國對本國法律 (確切地說，對礦產資源法) 進行修改。值得一提的是，在瑞士，各州將自主決定這類研究是否可在其領土上獲得授權。

來自環保組織的聲音

瑞士綠色和平組織 (Greenpeace) 的環保人士納森·索洛圖爾曼 (Nathan Solothurmann) 認為，作為能源，氫並非無懈可擊。瑞士法語區日報Le Nouvelliste外部链接解釋道，氫作為一種揮發性物質具有重大的洩漏風險。在大氣層中，氫對氣候的危害比二氧化碳的危害足足高出11倍。此外，無論是氫的勘探，或是氫的儲存和運輸都十分依賴特定的基礎設施，而這類設施將對我們的環境產生負面的影響。

索洛圖爾曼認為，天然氫只能在一些特定的化學過程中 (譬如化肥生產) 作為甲烷的替代物被使用。在這位專家看來，將天然氫作為燃料進行大規模使用的想法不過是場「危險的幻想」而已。

(譯自義大利文：Aikens Jun，編者：Sabrina Weiss)