天然氢勘查开发是氢能绿色供应的重要途径【SMM新能源峰会】lg...

5月30日，在SMM主办的CLNB2024（第九届）中国国际新能源产业博览会-氢能产业发展高峰论坛上，北京天成开云能源有限公司首席科学家/博士卢民杰表示，目前绿色制氢技术成本高，寻找和开发天然氢就成为实现氢能源绿色供应的重要途径。近几年来，随着新能源革命的掀起，天然氢已成为当前能源勘查和研究的新“热点”。美国、法国、澳大利亚等国都已将天然氢列为了新的能源矿种，纷纷投资，开展了天然氢的勘查、开发研究工作，并取得了重要进展。

天然氢勘查开发是实现氢能绿色供应的重要途径

氢能特点：污染小、能效高，未来绿色发展的新能源。

氢能供应并非都是绿色

目前可利用的氢能均属于“二次能源”，主要通过一定的技术手段，由其它能源转化而来的，不仅需要能源投入，还排放二氧化碳。

根据IEA统计，2022年全球氢需求量约9500万吨，其中我国约4000万吨。

在我国约62%（约2480万吨）氢为煤制氢，19%（760万吨）为天然气制氢获得。即使全部采用了碳捕获技术（CCS），每年因此两项排放的二氧化碳量也达5720万吨。因此，要实现氢能产业真正的绿色发展，必须解决氢能源的绿色供应问题。

我国西北地区虽然有丰富的风、光等可再生绿色能源，但由于缺水，也面临着与当地农业生产和生活争水的困境。

目前绿色制氢技术成本高

灰氢成本：6.8-12 元/千克氢，排放大量二氧化碳。

蓝氢成本：12-24 元/千克氢，排放一定量二氧化碳。

绿氢成本（水解制氢）： 38 元/千克氢，还将耗水15-16千克。

寻找和开发天然氢就成为实现氢能源绿色供应的重要途径。

全球天然氢勘查、开发热潮正在兴起

蛇纹石化作用：基性-超基性岩石中的镁铁质矿物与水反应，发生蛇纹石化。

近几年来，随着新能源革命的掀起，天然氢已成为当前能源勘查和研究的新“热点”。美国、法国、澳大利亚等国都已将天然氢列为了新的能源矿种，纷纷投资，开展了天然氢的勘查、开发研究工作，并取得了重要进展：

►2023年4月，西班牙勘探公司Helios Aragón在西班牙北部比利牛斯山脉山麓发现了一个储量超过100万吨的天然氢储层，并于6月启动了欧洲首个天然氢项目Monzón，计划在2024年开始钻探第一口井。

►2023年5月法国在东北部洛林盆地的一座老煤矿下部发现了丰沛的天然氢，初步估算资源潜力达4600万吨。

►2023年11月，澳大利亚Gold Hydrogen公司在南澳大利亚的约克半岛，打出了天然氢浓度高达73.3%的探井。随后又在附近第二口勘探井中检测到天然氢，显示在201米处含量很高，表明很可能存在天然氢的富集地。

►2024年2月8日，《科学》杂志报道，研究人员发现了阿尔巴尼亚的一个铬铁矿深矿井中冒出巨大的氢泉，氢气含量高达84%，尽管开采起来可能并不经济，但这种气体的惊人高流量，仍然会引起人们对新兴天然氢领域的兴趣。

目前，世界上已有30多个国家陆续发现了富含天然氢的地区。相信随着投入的增大和勘探活动的增加，全球发现天然氢的地区和案例还将不断增多。

根据2020年的一篇综述文献统计，截至2020年全球已发现的天然氢地面逸出量估算值为1500-3100万吨/年。而且由于目前地质深层氢气量无法估算，以及中国等国家和地区尚未展开天然氢的系统检测和资源量计算，因此实际天然氢资源储量应该更为可观。

比较低的获取成本和巨大的资源潜力，正在越来越多地吸引投资者，天然氢的勘查、开发正在成为全球投资的新“热点”。

根据IEA的最新统计，从事天然氢勘探的公司已经从2020年的仅有3家，发展到2023年的40家。西方多个国家制定了天然氢勘查开发规划。

美国：2024年2月28日，美国参议院能源和自然资源委员会专门举行了天然氢勘探开发听证会；作为美国天然氢勘查、开发的龙头公司-科洛马（Koloma）公司继去年7月获得美国微软公司创始人比尔盖茨9100万美元支持后，又于2024年2月9日筹集了2.46亿美元，总融资额达到约3.37亿美元；美国地质调查局（USGS）天然氢资源潜力评估团队于2024年公布了其工作目标，包括：发布全球资源潜力和天然氢成藏系统模型，发布最有可能包含氢地质资源的区域地质图，研究天然氢勘探策略和勘探方法等。

法国：自2022年4月起，法国法律正式承认天然氢是一种矿产资源。并在2023年12月初，批准了该国第一个天然氢勘探计划。总统马克龙随后表示，“将提供大量资金探索天然氢的潜力”。

澳大利亚：政府已经接受了天然氢，并通过修改相关立法来促进天然氢勘探。成立代表天然氢勘探者的机构-澳大利亚天然氢协会，天然氢勘探的步伐加快。2021年, 南澳大利亚能源和矿产局在南澳大利亚部署了天然氢勘查项目, 并发布了天然氢勘探活动许可申请书。

西班牙：政府已正式批准Helios Aragón公司地质氢Monzón项目。计划于2024年末进行钻探，2029年开始生产。

天然氢成藏环境与条件初探

天然氢富集的有利地质环境

已有的勘探成果和事实说明，在一定的地质条件下，天然氢是有可能成藏，并被开发利用的。

全球范围内，高含量天然氢均发现在沉积盆地内｡在大陆地区，主要是发育在以下构造环境的沉积盆地：

一是板块碰撞带（俯冲带）附近及其周缘的盆地。在板块碰撞带和俯冲带附近,作为残留洋壳的蛇绿岩可以通过蛇纹石化作用形成高含量氢气｡

二是与大陆裂谷系统有关的断陷盆地，这些盆地的周边常发育一些超壳的深大断裂，并常伴有蛇绿岩的分布，可将深部氢气运移到浅部富集。

天然氢成藏的基本地质条件

深达基底或切穿基底的深大断裂带（导氢构造），若基底或盆地一定深度内发育有基性、超基性岩或蛇绿岩等则更好；它们的主要作用产生氢气（生氢岩或生氢层），并将来自深部的氢气运移到储层；孔隙或间隙发育、渗透性较好的岩层（氢储层），如砾岩、砂岩层、岩溶层或孔隙发育的火山岩层、含水层等。

致密、无渗透性的岩层（气藏盖层），如泥岩层或膏岩层等。根据氢的地球化学特点，要求其封盖性必须比油气更好。有些基性次火山岩床也可做为盖层。

要注意水在天然氢的产生和成藏中作用意义的研究。水既是镁铁质岩石水化产生氢气必不可少的介质，可能也是促进天然氢成藏保存重要条件之一。已知的非洲马里布尔布谷氢气田成藏模型，提示天然氢很可能在地壳深部是以溶解态的形式存在于含水层中。

基性基底的镁铁质岩石的水化作用产生氢气，以溶解态形式赋存在承压水层中，达到一定压力或水中氢气过饱和时，沿裂隙进入上部砂岩储层，并被上部的基性岩床覆盖封闭，形成气藏。当钻井遇该气藏后，上部气藏氢气逸出，下部含水层中的氢气因压力降低，溶解度降低，源源不断地运移到砂岩储层，同时，基底的水化作用持续进行，产生氢气进入水中，形成有动态补给的天然氢成藏系统。