科學家：比起昂貴的電解水，直接去“挖氫氣”才是未來的省錢王道

對于那些難以通過直接電氣化實現轉型的行業而言，氫能正逐漸成為低碳轉型的核心支柱。

這些行業包括鋼鐵冶煉、化肥與甲醇生產，以及長途貨運。在新西蘭，上述行業的碳排放量約占全國總排放量的17%。盡管氫氣被視為替代化石燃料的理想方案，但若要實現規模化替代，新西蘭每年需生產60萬至100萬噸氫氣。而在這一進程中，生產低碳氫氣的成本結構成為決定性的因素。

目前，利用可再生電力電解水制取的“綠色氫氣”，其市場價格每公斤已超過12新西蘭元。雖然部分長途運輸公司已開始布局綠氫領域，但對于重工業或大規模化工生產來說，這一價格依然昂貴得令人望而卻步。對于這些行業而言，能源轉型的經濟可行性臨界點通常被認為在每公斤4至5美元左右。

面對高昂的成本障礙，新西蘭或許擁有得天獨厚的優勢去探索一種更具價格競爭力的選擇——“天然氫”或稱地質氫。這種由地球內部自然產生的能源，在特定地質條件下會儲存在地下儲層中，為工業脫碳提供了新的想象空間。

世界各地的研究人員和能源企業已開始將目光投向天然氫。馬里共和國的一個氣田已經提取出接近純凈的氫氣，這一突破性進展迅速引發了美國、加拿大和澳大利亞政府的高度關注。

國際大型資源公司也表現出了濃厚的興趣。截至2023年底，全球已有40家公司致力于探索天然氫能。天然氫在地下富集的關鍵過程被稱為“蛇紋石化”，即水與富含鐵的超鎂鐵質巖石發生的化學反應。當水分改變這些礦物質的化學性質時，會將二價鐵轉化為三價鐵，并在該反應過程中釋放出氫氣。

巖石中的鐵含量越高，產生的氫氣量就越可觀。在理想的壓力與溫度條件下，這些巖石具備以經濟效益規模持續生產氫氣的潛力。實驗室研究數據表明，每立方米含有合適富鐵礦物的超鎂鐵質巖石，理論上最多可釋放0.6公斤氫氣。

新西蘭動蕩的地質演化史，為其賦予了某種獨特的資源稟賦。其地貌由多次重大的構造碰撞事件塑造，山脈的劇烈隆升、活躍的板塊俯沖以及縱橫交錯的深層地殼斷層，共同構筑了天然氫形成與聚集的理想地質環境。

目前，有四種極具潛力的地質情境值得重點關注：

首先，在南北兩島，古老的超鎂鐵質巖帶已從地殼深處隆起。在北島，許多此類巖層恰好位于主要工業中心下方，這意味著在氫氣消費端附近進行“按需制氫”并降低運輸成本成為可能。

高溫地熱系統驅動著地下水的強力循環，這種動力機制能夠有效地從巖漿活動中提取并輸送氫氣。

第三，在北島東海岸附近的希庫朗伊俯沖帶，太平洋板塊正深入新西蘭下方。隨著板塊下沉，包括蛇紋石化在內的化學反應會持續產生甲烷與氫氣。該區域觀測到的泥火山、溫泉及局部氫氣滲漏現象，均是這一地質進程的有力證據。

最后，南島的主要斷層，如著名的阿爾卑斯斷層，充當了引導水分進入深層的通道，促使水與超鎂鐵質巖石發生深度相互作用。

在峽灣地區，一個極具研究價值的地點已持續噴出氫氣含量高達76%的氣體長達40年以上。這是目前全球已知最為著名的天然氫氣滲漏點之一，充分證明了地下氫能儲量的存在。

這些因素共同構成了新西蘭勘探天然氫能的底氣。長期以來，該國活躍的地質活動常被視為災害隱患，但如今，這種不穩定的地殼運動極有可能轉化成一種戰略性資源。

目前，科研界與工業界正聯手調查這些資源能否將氫氣成本壓低至每公斤4至5美元甚至更低。如果天然氫氣的商業可行性得到證實，新西蘭獨特的地質條件將使其在全球新興能源版圖中占據領先地位。

伊恩·賴特

坎特伯雷大學海洋地質學教授

安迪·尼科爾

坎特伯雷大學地球科學教授

保羅·維斯科維奇

新西蘭地球科學研究所地球物理學家