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这个矿最近多次爆炸,但罪魁祸首可能会拯救地球

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地球是一个奇迹
环境|全球
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在这张北卡罗来纳州海岸的亮丽激光雷达图像中,圆圈正是地下渗出的氢气的痕迹。研究人员正在寻找大量的氢气矿藏,这些氢气可以用来发电,而不会产生温室气体。| VIACHESLAV ZGONNIK AND MICHAEL DAVIAS

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地质野外工作有时需要在极端和危险的环境中展开,比如从火山喷发的斜坡到南极冰原深处的峡谷。

即便如此,我们也很少听说有科学家研究爆炸的矿井。

然而,就在阿尔巴尼亚首都地拉那(Tirana)的东北方向,科学家团队却选择了这样一个看上去危机四伏的目的地——布尔奇泽(Bulqizë)铬铁矿。

他们的目标并非寻找珍稀的矿物或奇特的岩石,而是探寻爆炸的源头:纯净的氢气。这种潜在的可再生能源有可能为世界带来革命性的变化。

近期的《科学》杂志刊载了他们的研究报告。在地下深处,这个研究团队终于发现自己的目标——一个疯狂涌动的犹如按摩浴缸般的小水池,不停向外喷发出气体。

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布尔奇泽铬铁矿区。布尔奇泽镇是阿尔巴尼亚中北部地区的一个矿业小镇。| Wikipedia

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地拉那理工大学的地质学家、该研究的作者之一巴尔德希尔·穆塞库(Bardhyl Muceku)描述道:“那里的气体非常易燃,大约84%的气体是氢气。这仅仅是布尔奇泽矿区众多渗漏点中的一个,这些渗漏点每年至少释放出200吨氢气。”

廉价、清洁、高效地开采大量天然氢气,这仍需要数年的研究和努力,但第一步是必须找到氢气储层。

美国地质调查局的石油地球化学专家杰弗里·埃利斯(Geoffrey Ellis)指出:“目前还有许多工作要做,不过像布尔奇泽矿这样的发现令人倍感乐观,因为地下蕴藏的氢气可能足够为地球提供动力,这一方案有希望实现。”

氢的崛起

氢是宇宙间最普遍的元素,在地球上却显得珍贵和难以寻觅。
当不与其他化合物结合时,它便以一种无色气体的形态存在,并喜欢四处扩散逃逸。这无疑是一种遗憾,因为倘若我们能够捕捉、储存它,就能帮助正在变暖的世界摆脱化石燃料。

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装在集装箱内的氢燃料电池发电机组。美国夏威夷科研人员测试氢燃料电池发电机替代柴油发电的可行性。| Sandia Labs

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爱丁堡大学的地球能源专家卡特里奥娜·埃德尔曼(Katriona Edlmann)指出:“氢气是一种理想的低碳能源,它燃烧后唯一的产物是水,亦可作为燃料电池的原料直接产生电能。其使用方式与天然气无异,却更为清洁高效。”

人类早已察觉到氢从地球深处悄然渗出。

埃德尔曼表示:“人类知道氢气渗出已经有几千年的历史了,世界各地都可见到那些顶部燃烧着不息火焰的小气包,这便是氢气渗出的明证。然而,人们一直认为地表下的氢气含量微乎其微。”

埃利斯道出了人们的普遍认知:“长久以来,人们都认为氢气难以在地表下积聚。作为分子,它体积微小、重量轻且极易扩散。科学家们据此推断,任何地下储藏的氢气都早已逸散至太空,或被某些依赖氢气为生的微生物消耗殆尽。”

石油业勘探过程中偶尔会碰到氢气,人们却往往视若无睹。埃利斯说:“他们发现了氢气,却选择不报告,或是将其深埋在公司内部的报告中,因为氢气并非他们的目标。”

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当我们决定寻找天然氢时,石油和天然气的工作、资源便可以重新部署。| Teb Nad

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时至今日,在某些场合,氢气被用作辅助能源或电源,前提是必须人工制造出来。方法不胜枚举,比如利用太阳能从水分子中电解出氢气、通过甲烷和水蒸气制氢等等。

然而,这些过程要么成本高昂,要么易于释放温室气体,抑或两者兼而有之。

理想情况应当是从地下直接提取纯净的氢气,这是获得这种宝贵能源最经济高效的方式。

然而长久以来,这只是个美好的幻想,直到2012年,马里发现了规模可观的氢气储层。

此后,从欧洲到南美洲,更多的氢气储层相继被发现。埃利斯如今表示:“认为氢气无法储存在地表下的观点似乎已站不住脚了。”

“氢气猎人”

氢气到底藏在哪里?勘探者们不能随意寻觅,他们首先需要解开氢气的诞生之谜,即地球是如何制造氢气的。

尽管已知某些微生物能够产生这种气体,但“氢气猎人”们更倾向于关注特殊的地质构造。

富含铁或镁的火山岩遇水(尤其是热水),能够释放氢气。某些岩石释放的天然辐射也能分解水分子,从而产生氢气。

埃利斯指出,地球更深处像油灰腻子一样的地幔,可能蕴藏着“自地球诞生便一直储存的原始氢”。那些撕裂地壳的深层裂缝,或许正是将氢释放至地表的通道。

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布尔奇泽镇的小孩。| Charles Fred

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阿尔巴尼亚的布尔奇泽矿之所以成为勘探者们的首选目标,原因有二。

首先,它深切进一个古老的可追溯至恐龙时代的海底,那里遍布流质和富含铁的火山岩,是一个充满潜力的“氢气工厂”。

其次,该矿在2011年、2017年和2023年多次发生爆炸,罪魁祸首起初被认为是甲烷。尽管科学家的确检测到了少量甲烷,但大部分泄漏的气体均为氢气。每年至少有200吨氢气泄漏,这是迄今为止发现的最显著的氢气泄漏点之一。

氢能时代即将到来?

然而,氢气的发现并未让所有人感到振奋。穆斯库的团队估计,该矿氢气含量大约在5000至50000吨之间,而勘探者们所期待的数量级是上百万吨。

现在,真正重要的是这些气体能够被采集:它们被岩层紧紧密封,既未被嗜氢微生物吞噬,也未被无益的地质反应所分解。

埃利斯表示:“这种积累可能经历了数万年的漫长岁月。”穆斯库解释称,只有当矿井挖掘至约2000英尺深处时,氢气才开始逸出并引发意外爆炸。挖掘工作似乎破坏了一个隐蔽储层的顶板,漏斗状的深层故障导致海底的远古氢气扩散到上方的矿井中。

正被挖掘的海底板块一直是“氢气猎人”的首选目标,而这项研究进一步强化了这一观点。或许,新的低碳、氢动力时代将在世界各地的海底板块中开启。

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匈牙利计划在三年内将氢动力公共巴士投入使用。| Matti Blume

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这个故事才刚刚开始。地球上的天然氢库是否足以满足世界的能源需求,仍是一个未知数。即使找到了,有效提取这种气体的技术手段,和加速其地质生产的方法也仍处于初级阶段。

最关键的是找到这些氢储层,并期望它们储满氢气。而目前,地质学家们仅仅是触及了冰山一角。“我们必须深入研究,才能发掘其中的巨大潜力。”穆斯库如是说。

撰文:罗宾·安德鲁斯

编译:李博涵

编辑:框舅

版式设计:嘉颖

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