對(duì)于我們?nèi)祟?lèi)而言，氫其實(shí)是一種優(yōu)質(zhì)的燃料，這主要有兩方面的原因，一方面來(lái)講，氫燃料很“清潔”，畢竟我們都知道，氫在空氣中的燃燒只會(huì)生成水，另一方面來(lái)講，氫的熱值相對(duì)較高，測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，燃燒1克氫氣釋放出的熱量約為143千焦，這大約是汽油熱值的3倍。

比較尷尬的是，就目前的情況來(lái)看，人類(lèi)并不能從自然界中大規(guī)模獲取現(xiàn)成的氫燃料，而人工制備氫燃料，又往往會(huì)面臨著成本過(guò)高、過(guò)程復(fù)雜等一系列的問(wèn)題。

不過(guò)近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)研究表明，這種尷尬的局面有望在未來(lái)得到改變，因?yàn)檠芯咳藛T在地球深處發(fā)現(xiàn)大量的優(yōu)質(zhì)燃料——?dú)錃?，估?jì)儲(chǔ)量可達(dá)5.6萬(wàn)億噸。這是怎么回事呢？下面我們就來(lái)具體了解一下。

科學(xué)家其實(shí)早已發(fā)現(xiàn)，地球深處會(huì)源源不斷地產(chǎn)生氫氣，簡(jiǎn)單來(lái)講，它們主要來(lái)自于“水-巖反應(yīng)”和“地幔脫氣”，前者是地球深處的鎂鐵質(zhì)礦物與水在高壓高溫環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)時(shí)生成，而后者則是地球深部地幔中的原始?xì)湓?，通過(guò)火山活動(dòng)或地幔柱等地質(zhì)過(guò)程釋放到地表或地殼淺部。

由于氫氣的分子量極小，它們很容易通過(guò)巖石的細(xì)微縫隙逸散至大氣層，因此在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，科學(xué)家都普遍認(rèn)為，氫氣幾乎不可能在地球深處大規(guī)模地聚集。

但近些年來(lái)的幾次意外發(fā)現(xiàn)打破了這一舊有觀念，例如，在2018年的時(shí)候，科學(xué)家在西非的一處地下儲(chǔ)層中，發(fā)現(xiàn)了大量天然存在的氫氣，在此之后不久，阿爾巴尼亞的一座礦井中也找到了類(lèi)似的儲(chǔ)層。

而這也就意味著，地球深處的氫氣并非完全像此前想象的那樣很容易逸散，而是可能被封存在某些特殊的地質(zhì)環(huán)境中。

在接下來(lái)的時(shí)間里，為了尋找更多的實(shí)際證據(jù)，科學(xué)家開(kāi)始在全球范圍內(nèi)尋找地下氫氣的“藏身之地”，大洋中脊、裂谷帶和火山活躍區(qū)成了重點(diǎn)研究區(qū)域，因?yàn)檫@些區(qū)域的地質(zhì)活動(dòng)為水和巖石的接觸提供了良好條件，同時(shí)也是地幔氣體釋放的重要通道。

除了直接尋找氫氣，科學(xué)家還用地震波技術(shù)分析地下巖石的特性，因?yàn)榈卣鸩ㄔ谕ㄟ^(guò)儲(chǔ)氣巖層時(shí)會(huì)發(fā)生微妙的速度變化，這種變化可以幫助科學(xué)家間接推測(cè)地下是否存在氫氣儲(chǔ)層，此外，他們還通過(guò)檢測(cè)地表的氫氣微量逸散，反推出地下可能的儲(chǔ)氣點(diǎn)。

隨著時(shí)間的推移，相關(guān)的數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，地球深處確實(shí)存在大量氫氣，而在此次研究中，研究人員綜合了大量已知的數(shù)據(jù)，建立起了計(jì)算機(jī)模型，并以此來(lái)估算其儲(chǔ)量到底是多少。

簡(jiǎn)單來(lái)講，該模型考慮了以下3個(gè)因素，1、氫氣生成速率：研究人員估算了地球深部氫氣的自然生成速度，這主要基于“水-巖反應(yīng)”和“地幔脫氣”產(chǎn)生氫氣的速率；2、儲(chǔ)層的封存能力：模型模擬了不同類(lèi)型巖層的密封效果，計(jì)算出哪些氫氣能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)存；3、泄漏損失率，考慮到一些氫氣可能已經(jīng)逸散到大氣中，研究人員扣除了這部分的潛在損失。

經(jīng)過(guò)大量模擬之后，該研究團(tuán)隊(duì)最終得出了一個(gè)最符合實(shí)際情況的平均值——5.6萬(wàn)億噸，這是什么概念呢？這樣說(shuō)吧，以人類(lèi)當(dāng)前的能量消耗水平來(lái)計(jì)算，如此多的氫氣，足夠人類(lèi)用1萬(wàn)年。

當(dāng)然了，這只是純數(shù)字上的計(jì)算，實(shí)際上，根據(jù)此次研究的結(jié)果，盡管氫氣在地球深處確實(shí)大量存在，但以人類(lèi)目前的技術(shù)來(lái)講，它們中的絕大部分都沒(méi)辦法開(kāi)采，而人類(lèi)能夠開(kāi)采的，就只有2%左右，不過(guò)僅僅是這些氫氣，也夠人類(lèi)用200年了（以人類(lèi)當(dāng)前的能量消耗水平來(lái)計(jì)算）。

可以想象的是，這樣的情況應(yīng)該只是暫時(shí)的，或許我們可以樂(lè)觀地認(rèn)為，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在不太遙遠(yuǎn)的未來(lái)，人類(lèi)就有能力從地球深處開(kāi)采出更多的氫氣，而這種優(yōu)質(zhì)燃料的大量使用，無(wú)疑會(huì)為人類(lèi)文明的可持續(xù)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

參考資料：Model predictions of global geologic hydrogen resources，Science Advances，13 Dec 2024，Vol 10, Issue 50，DOI: 10.1126/sciadv.ado0955