麻省理工學院的研究人員：從岩石中提取氫的願景正逐步實現

人們普遍認為，宇宙中最豐富的元素氫主要與其他元素一起存在，例如水中的氧和甲烷中的碳。 但地下天然存在的純氫正在打破這一概念，並作為一種潛在的無限無碳能源而引起人們的關注。

美國能源部是感興趣的機構之一

，該部上個月向來自實驗室、大學和私營公司的 18 個團隊提供了 2000 萬美元的研究經費，用於開發能夠從地下生產廉價清潔燃料的技術。

眾所周知，地質氫是當水與富含鐵的岩石發生反應導致鐵氧化時產生的。麻省理工學院助理教授 Iwnetim Abate 的研究小組是資助者之一，他們將利用 130 萬美元的資助來確定地下生產氫氣的理想條件——考慮引發化學反應的催化劑、溫度、壓力和 pH 值等因素。目標是提高大規模生產的效率，以具有競爭力的成本滿足全球能源需求。

美國地質調查局估計，地殼中可能埋藏著數十億噸地質氫。全世界都發現了礦藏，許多初創公司正在尋找可提取的礦藏。 Abate正在尋求啟動天然氫氣生產過程，實施涉及刺激生產和收集氣體的“主動”方法。

材料科學與工程係的教授 Abate 表明“我們的目標是優化反應參數，使反應更快，並以經濟可行的方式生產氫氣。 Abate的研究重點是設計可再生能源轉型的材料和技術，包括下一代電池和新穎的能源存儲化學方法。

激發創新

當世界各國政府都在尋求替代石油和天然氣的無碳能源時，人們對地質氫的興趣正在增長。去年12月，法國總統馬克龍表示
，他的政府將為勘探天然氫氣提供資金。今年2月，政府和私營部門的證人向美國國會議員介紹了從地下提取氫氣的機會。

目前，商業氫氣的生產價格為每2美元/公斤，主要用於化肥、化工和鋼鐵生產，但大多數方法都涉及燃燒化石燃料，這會釋放出造成溫室效應的碳。用可再生能源生產的“綠色氫”很有前途，但7美元/公斤的價格太貴了。

美國能源部高級研究計劃局(ARPA-E)的項目主管道Douglas Wicks說:“如果你能以1美元/公斤的價格獲得氫氣，在能源價格基礎上就能與天然氣競爭。

獲得ARPA-E資助的公司包括科羅拉多礦業學院(Colorado School of Mines)、德克薩斯理工大學(Texas Tech University)和洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)，以及一些私營公司


，其中包括獲得亞馬遜和比爾·蓋茨資助的氫氣生產初創公司Koloma。這些項目本身是多種多樣的，從應用工業石油和天然氣方法生產和提取氫氣，到開發模型以了解岩石中氫氣的形成。

“在地質氫氣中，我們不知道如何加速它的產生，因為它是一種化學反應
，我們也不知道如何設計地下，以便我們可以安全地提取它
，” Wicks說。“womenzhengzainuliyinrumeigebutongtuanduidezuijiajinenglaijiejuezhegewenti，womendexiangfashi，zhenggetuanduiyinggainenggouzaixiangdangkuaideshijianneigeiwomentigonghaodedaan。”

地球化學家 Viacheslav Zgonnik 是天然氫領域最重要的專家之一
，他也認為未知數很長
，通往第一個商業項目的道路也很長。但他表示，刺激氫氣生產的努力——利用水和岩石之間的自然反應——呈現出“巨大的潛力”。

自然能源公司是一家總部位於丹佛的初創公司，擁有用於勘探鑽探的礦產租賃。自然能源公司(Natural Hydrogen Energy) 的首席執行官兼創始人 Zgonnik 表示：“womendexiangfashizhaodaojiasubingkongzhifanyingdefangfa
，zheyangwomenjiukeyizaitedingdidiananxushengchanqingqi，ruguowomennenggoushixianzheyimubiao，zheyiweizhewomenyoukenengyongshoujiqingtidaihuashiranliao。” 

規模化實驗

Abate和他實驗室的研究人員正在製定一種液體配方，這種液體將引發化學反應，從而引發岩石中的氫氣產生。 博士後Yifan Gao說
，主要成分是水
，該團隊正在測試“簡單”的催化劑材料，這些材料將加速反應
，從而增加氫氣的產生量。

Yifan Gao 表明，“一些催化劑非常昂貴且難以生產

，需要複雜的生產或準備
，廉價且豐富的催化劑將使我們能夠提高生產率——這樣，我們就能以經濟上可行的速度生產它，而且也能獲得經濟上可行的產量。”

發生化學反應的富含鐵的岩石遍布美國和世界各地。為了優化各種地質成分和環境中的反應
，Abate和Gaozhengzaikaifatamensuoweidegaotongliangxitong，gaixitongyourengongzhinengruanjianhejiqirenzucheng，yiceshibutongdecuihuajihunhewubingmoniyingyongyuyanshishihuifashengshenme。butongdediqu，juyoubutongdewaibutiaojian
，liruwenduheyali。

Abate測ce量liang了le每mei種zhong可ke能neng的de組zu合he產chan生sheng了le多duo少shao氫qing氣qi
，然ran後hou利li用yong人ren工gong智zhi能neng從cong實shi驗yan中zhong學xue習xi並bing向xiang我wo們men提ti供gong建jian議yi
，該gai團tuan隊dui正zheng在zai就jiu其qi項xiang目mu撰zhuan寫xie一yi篇pian論lun文wen，並bing計ji劃hua在zai未wei來lai幾ji個ge月yue內nei發fa布bu其qi研yan究jiu結jie果guo。在zai開kai發fa催cui化hua劑ji配pei方fang之zhi後hou，該gai項xiang目mu的de下xia一yi個ge裏li程cheng碑bei是shi設she計ji一yi個ge具ju有you兩liang個ge用yong途tu的de反fan應ying器qi。 首(shou)先(xian)

，配(pei)備(bei)拉(la)曼(man)光(guang)譜(pu)等(deng)技(ji)術(shu)
，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)將(jiang)能(neng)夠(gou)識(shi)別(bie)和(he)優(you)化(hua)化(hua)學(xue)條(tiao)件(jian)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)氫(qing)氣(qi)生(sheng)產(chan)的(de)速(su)率(lv)和(he)產(chan)量(liang)。該(gai)實(shi)驗(yan)室(shi)規(gui)模(mo)的(de)設(she)備(bei)還(hai)將(jiang)為(wei)現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)反(fan)應(ying)器(qi)的(de)設(she)計(ji)提(ti)供(gong)信(xin)息(xi)，該(gai)反(fan)應(ying)器(qi)可(ke)以(yi)加(jia)速(su)現(xian)場(chang)氫(qing)氣(qi)的(de)生(sheng)產(chan)。

這個跨學科項目還利用了麻省理工學院機械工程和 DMSE 係的 Yang Shao-Horn 的專業知識，對催化劑進行計算分析，以及康奈爾大學科學家 Esteban Gazel
，他將利用他在地質學和地球化學方麵的專業知識。 他將重點了解美國和全球富含鐵的超鎂鐵質岩層以及它們如何與水發生反應。

對於 ARPA-E 的威克斯來說，Abate和其他資助者提出的問題隻是未知能源領域的第一步，也是關鍵的一步。Wicks 說：“如果我們能夠了解如何刺激這些岩石產生氫氣
，並安全地將其釋放出來，那麼它就真正釋放了潛在的能源。”然後
，新興行業將尋求石油和天然氣的鑽井、管道和天然氣開采技術。

翻譯人：沈亞皓

來源：https://fuelcellsworks.com/news/mit-researchers-extracting-hydrogen-from-rocks/