解鎖地下氫能的全球競賽：無限清潔能源的未來

地下純氫的發現正在重塑人們對這種豐富元素及其作為清潔能源的潛力的理解。

美國能源部（U.S. Department of Energy）正在資助利用這一資源的研究
，其項目側重於優化自然生產過程並使其在經濟上可行。

地質氫的前景

氫(qing)是(shi)宇(yu)宙(zhou)中(zhong)含(han)量(liang)最(zui)豐(feng)富(fu)的(de)元(yuan)素(su)
，通(tong)常(chang)與(yu)其(qi)他(ta)元(yuan)素(su)結(jie)合(he)，例(li)如(ru)，與(yu)水(shui)中(zhong)的(de)氧(yang)或(huo)甲(jia)烷(wan)中(zhong)的(de)碳(tan)結(jie)合(he)。然(ran)而(er)
，天(tian)然(ran)存(cun)在(zai)的(de)地(di)下(xia)純(chun)氫(qing)的(de)發(fa)現(xian)挑(tiao)戰(zhan)了(le)這(zhe)一(yi)假(jia)設(she)。這(zhe)些(xie)隱(yin)藏(zang)的(de)儲(chu)量(liang)作(zuo)為(wei)潛(qian)在(zai)的(de)無(wu)限(xian)無(wu)碳(tan)能(neng)源(yuan)來(lai)源(yuan)而(er)備(bei)受(shou)關(guan)注(zhu)。

美國能源部 （U.S. Department of Energy） 是關注該能源的國家之一。今年，它向來自實驗室
、大學和私營公司的 18 個團隊提供了 2000 萬美元的研究資助。目標：開發能夠從地下氫源生產具有成本效益的清潔燃料的技術。

這種資源被稱為地質氫，當水與富含鐵的岩石發生反應，導致鐵氧化時自然形成。在獲得資助的人中
，有一個由麻省理工學院助理教授 Iwnetim Abate 領導的研究小組。Abate 的團隊獲得了 130 萬美元的贈款，旨在確定在地下生產氫氣的最佳條件。他們的工作將檢查關鍵因素，例如引發反應的催化劑

、溫度、壓力和 pH 值。最終目標是提高大規模生產的效率
，使地質氫成為滿足全球需求的可行
、有競爭力的能源。

美國地質調查局估計
，地殼中可能埋藏著數十億噸的地質氫。在全球範圍內發現了礦床，許多初創公司都在尋找可開采的礦床。Abate 正在尋求快速啟動天然氫氣生產過程
，實施涉及刺激生產和收集天然氣的“主動”方法。

材料科學與工程係 （DMSE） 的 Chipman 開發教授 Abate 說：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 的研究重點是為可再生能源轉型設計材料和技術
，包括下一代電池和用於儲能的新型化學方法。

全球利益和商業前景

在世界各國政府都在尋找石油和天然氣的無碳能源替代品之際
，人們對地質氫的興趣日益濃厚。12 月，法國總統埃馬紐埃爾·馬克龍 （Emmanuel Macron） 表示，他的政府將提供資金來勘探天然氫。2 月，政府和私營部門證人向美國立法者介紹了從地下開采氫氣的機會。

如今，商業氫氣的製造價格為每公斤 2 美元，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
，這些燃料會釋放出溫室效應的碳化物。用可再生能源生產的“綠色氫”很有前途，但每公斤 7 美元，價格昂貴。

能源部領導地質氫資助計劃的組織高級研究計劃署 – 能源 （ARPA-E） 的項目主任 Douglas Wicks 說：如果你以每公斤 1 美元的價格獲得氫氣
，那麼它在能源價格上與天然氣相比具有競爭力。

ARPA-E 贈款的接受者包括科羅拉多礦業學院
、德克薩斯理工大學和洛斯阿拉莫斯國家實驗室，以及包括 Koloma zaineidesiyinggongsi
，zheshiyijiahuodeyamaxunhebiergaicizizhudeqingshengchandechuchuanggongsi。zhexiexiangmubenshenshiduozhongduoyangde

，congyingyonggongyeshiyouhetianranqifangfajinxingqingqishengchanhetiqu
，daokaifamoxingyilejieyanshizhongqingqidexingcheng。mudeshi：在 Wicks 所說的“完全空白”中解決問題。

Wicks 說：在地質氫中，我們不知道如何加速它的產生，因為這是一種化學反應，我們也沒有了解如何設計以便我們可以安全地提取它。“womenzhengzainuliyinrumeigebutongtuanduidezuijiajinenglaijiejuezhegewenti，yinweicongbutongdejiaodutupowentiyinggainenggouzaixiangdangduandeshijianneigeiwomenhenhaodedaan。”

地球化學家 Viacheslav Zgonnik shitianranqinglingyuzuizhongyaodezhuanjiazhiyi，tatongyitansuotianranqingdeweizhishuhenduo，tongwangdiyigeshangyexiangmudedaoluyeshiruci。dantabiaoshi，liyongshuiheyanshizhijiandeziranfanyingduiyuqingqishengchanjuyou“巨大的潛力”。

Natural Hydrogen Energy 是一家總部位於丹佛的初創公司，在美國擁有用於勘探鑽探的礦產租約，其首席執行官兼創始人 Zgonnik 說：我們的想法是找到可以加速和控製該反應的方法，以便我們可以在特定位置按需生產氫氣。“如果我們能實現這一目標
，就意味著我們有可能用刺激氫取代化石燃料。”

可擴展的實驗

Abate hetashiyanshideyanjiurenyuanzhengzaizhidingyizhongliutipeifang
，zhezhongliutijiangyoudaohuaxuefanying，congerchufayanshizhongdeqingqichansheng。boshihougaoyifanshuo，zhuyaochengfenshishui，gaituanduizhengzaiceshiyongyucuihuajide“簡單”材料，這些材料將加快反應，進而增加氫氣的產生量。

Gao 說：有些催化劑成本高昂且難以生產
，需要複雜的生產或製備。“一種廉價且豐富的催化劑將使我們能夠提高生產率——這樣
，我們就可以以經濟上可行的速度生產，同時也能獲得經濟上可行的產量。”

發生化學反應的富鐵岩石遍布美國和世界各地。為了優化各種地質成分和環境的反應，Abate 和 Gao zhengzaikaifayizhongtamensuoweidegaotongliangxitong
，gaixitongyourengongzhinengruanjianhejiqirenzucheng，yongyuceshibutongdecuihuajihunhewu
，bingmonidangyingyongyulaizibutongdiqu
、具有不同外部條件（如溫度和壓力）的岩石時會發生什麼。

Abate 說：據此，我們測量每種可能的組合生產了多少氫氣。“然後 AI 將從實驗中學習
，並向我們建議，'根據我所學到的知識和文獻，我建議你測試這塊岩石的催化劑材料的成分。'

該團隊正在撰寫一篇關於其項目的論文
，並計劃在未來幾個月內發布其發現。

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)用(yong)於(yu)兩(liang)個(ge)目(mu)的(de)的(de)反(fan)應(ying)器(qi)。首(shou)先(xian)，它(ta)配(pei)備(bei)了(le)拉(la)曼(man)光(guang)譜(pu)等(deng)技(ji)術(shu)，將(jiang)使(shi)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)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)度(du)和(he)產(chan)量(liang)。實(shi)驗(yan)室(shi)規(gui)模(mo)的(de)設(she)備(bei)還(hai)將(jiang)為(wei)實(shi)際(ji)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)的(de)氫(qing)氣(qi)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係和 DMSE 的 Yang Shao-Horn 的專業知識
，對催化劑進行計算分析，康奈爾大學科學家 Esteban Gazel 將提供他在地質學和地球化學方麵的專業知識。他將專注於了解美國和全球富含鐵的超基性岩層，以及它們如何與水反應。

對於 ARPA-E 的 Wicks 來說，Abate 和其他資助接受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。

翻譯人：沈亞皓

來源：https://fuelcellsworks.com/2024/12/02/clean-energy/global-race-to-unlock-subterranean-hydrogen-the-future-of-limitless-clean-energy