美、澳等多國開始布局天然氫勘探研究。

天然氫是大自然中天然生成的氫氣資源，有著可再生、資源相對豐富等特點。截至2020年，全球濃度超過10%的天然氫發(fā)現(xiàn)案例已超過300例，估算地面逸出量達到2千萬噸/年以上。最近，海外各國在天然氫方面的研究與勘探動作頻繁，更多新天然氫礦藏不斷被發(fā)現(xiàn)，比如2023年7月份在法國發(fā)現(xiàn)了儲量約4600萬噸的天然氫，緊接著10月份澳大利亞進行首次試鉆得到了濃度73%的天然氫。

在天然氫的商業(yè)利用方面，目前仍處于探索階段。美、澳、西班牙等國已有多家企業(yè)開始布局探索天然氫的商業(yè)開采，其中高濃度天然氫礦藏的尋找、各國管理法規(guī)配套、開采技術(shù)及開采成本等是這些開采計劃的主要關(guān)注焦點。

能景研究根據(jù)相關(guān)文獻資料，總結(jié)歸納天然氫的相關(guān)基本信息以及現(xiàn)有開發(fā)利用現(xiàn)狀，以供行業(yè)參考。

01天然氫是一種自然生成的、可持續(xù)的氫源

自上世紀(jì)初以來，進行石油礦物開采時常發(fā)現(xiàn)有天然生成的氫氣逸出，地質(zhì)勘探界稱之為“天然氫”( Natural hydrogen)。經(jīng)過國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，天然氫廣泛分布于在自然界大氣圈、地殼、地幔、地下水等系統(tǒng)中。其中，分布在大陸殼、洋殼和火山熱液等地質(zhì)環(huán)境中、且可在地表檢測到較高濃度的氫源，也稱之為“地質(zhì)氫”，即地質(zhì)成因的氫。另外為與氫能中的“灰氫”、“藍氫”和“綠氫”區(qū)分開，也有報告及論文中使用“金氫”或“白氫”來描述天然氫。

相對電解制氫，天然氫開采擁有較低的成本下限。尤其對高濃度天然氫礦藏，其開采成本可遠低于其他制氫途徑。海外可再生能源制氫的成本約為20-35元/kg，天然氣制氫成本也在10元/kg以上，而高濃度天然氫的開采成本可低至天然氣制氫的十分之一以下。如截至目前已經(jīng)運營了5年多的北非馬里Bourakebougou氫井，氫氣天然濃度約98%，開采成本僅約3.5元/kg。另據(jù)西班牙天然氫開采企業(yè)Helios Aragon披露，天然氫開采的盈虧平衡成本可能在3.5-5元/kg之間。

天然氫的存在形式相對多樣，氣液固皆存。現(xiàn)有相關(guān)文獻中，根據(jù)天然氫在地球內(nèi)部的賦存狀態(tài)初步將之分為游離態(tài)、包裹體、溶解氫三大類。游離態(tài)一般指氣態(tài)，是目前國內(nèi)外勘探到的主要天然氫來源，一般分布在淺層地表中，可以在地下巖石或地層孔隙裂隙中自由擴散運移，有時會逸出地面。包裹體指包裹或吸附在巖石內(nèi)的氫，一般分布在壓力較高的深層地質(zhì)中，隨著地質(zhì)變動、礦物開采等而被發(fā)掘出來，如煤盆地、沉積巖或變質(zhì)巖、巖鹽礦床等。溶解氫，即溶解在水中的氫氣，一般在氫礦藏周圍的地下水中有較多存在。

關(guān)于天然氫地下形成機理目前有多種解釋，其中大多符合可持續(xù)、可再生的特點。目前國內(nèi)外對地質(zhì)氫的系統(tǒng)研究尚處于起步階段，現(xiàn)有研究觀測到的天然氫形成和發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境多樣，因此天然氫可能是多種成因機制下的產(chǎn)物。其中，大致可分為“深層釋放”、地質(zhì)化學(xué)生成、生物生成三大類成因解釋。“深層釋放”類理論認(rèn)為地球的地核、地幔中存在極為豐富的氫，隨著地質(zhì)運動會逐漸釋放到地表，即因為資源近似無限而近似可再生。地質(zhì)化學(xué)生成、生物生成類理論認(rèn)為巖石破裂產(chǎn)氣、巖石與流體的氧化作用、水的裂解、有機生物與非生物分解等地下化學(xué)反應(yīng)有可能產(chǎn)生氫氣，也可以歸進可再生一類。

02天然氫儲量可觀，勘探定位可根據(jù)已有地質(zhì)資料進行

從近年來的勘探結(jié)果來看，天然氫具有較大的資源總儲量及可開采利用潛力。目前，國內(nèi)外對天然氫的勘探調(diào)查尚處于起步階段，世界上已有30多個國家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了富含天然氫的地方。在馬里、阿曼、美國等國，都有從地下泄漏的氣體中都檢測到90% 以上氫氣的案例，可利用價值較高。天然氫儲量規(guī)模方面，根據(jù)2020年的一篇綜述文獻統(tǒng)計，截至2020年全球已發(fā)現(xiàn)的天然氫地面逸出量估算值為1.5-3.1千萬噸/年，相當(dāng)于200-400 GW電解槽制氫規(guī)模。而且由于目前地質(zhì)深層氫氣量無法估算，以及中國等國家和地區(qū)尚未展開天然氫的系統(tǒng)檢測和資源量計算，因此實際天然氫資源儲量應(yīng)該更為可觀。

天然氫多分布于煤層、礦石資源周圍，可依據(jù)歷史勘探開采資料定位。相關(guān)研究者在間歇泉、溫泉、煤井、油氣井等中都發(fā)現(xiàn)過富氫氣體，其含量在不同地質(zhì)環(huán)境中在1%-100%之間變化，其中，煤層、鹽巖等具有較好儲氫能力的地層中有多項天然氫發(fā)現(xiàn)案例。同時，油氣、礦產(chǎn)公司手中有較多的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，其中包含了較多的氫氣礦藏線索。如2023年10月澳大利亞Gold Hydrogen公司首次進行天然氫開采試鉆的地點選擇，便是根據(jù)上世紀(jì)初的油氣勘探數(shù)據(jù)決定的，最終首次試鉆氫氣濃度高達73%。

03天然氫的商業(yè)化開采，還需在成本、法規(guī)、市場等多方面進一步突破

盡管國際上已有較多天然氫發(fā)現(xiàn)案例，油氣礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)也掌握有著較多天然氫分布相關(guān)的資料，但目前仍未有真正商業(yè)化的天然氫開采項目落地。能景研究認(rèn)為，高濃度天然氫礦藏的勘探定位、法規(guī)配套、市場消納尋找是項目落地慢的三大要素。

高濃度天然氫礦藏是項目降低開采難度、降低開采成本的關(guān)鍵。天然氫中往往伴有二氧化碳、甲烷、氮氣等多種雜質(zhì)，且不同產(chǎn)地的成分相差較大，某些礦藏中還含有高濃度硫化物等對氫燃料電池有害的物質(zhì)，提高了提純技術(shù)的要求，也提高了開采成本�，F(xiàn)階段，天然氫開采探索尚未完全起步，技術(shù)尚未完全成熟，因此相關(guān)開發(fā)商仍在以勘探高濃度氣源為重心。

配套法規(guī)完善是項目落地、正常運營的前提。天然氫與石油、天然氣類似，理論上屬于礦產(chǎn)資源，開采、出售等均需受到相關(guān)部門把控。但與石油、天然氣已具有相對完善的項目登記、管理體系不同，天然氫的資源類型定位、管理方法、管理部門等均未明確。因此，現(xiàn)階段天然氫項目面臨落地審批無法可依、即使落地后也存在因政策變動而終止運營的風(fēng)險。典型如西班牙2021通過的氣候變化和能源轉(zhuǎn)型法案禁止新建碳?xì)浠�合物開采項目，而導(dǎo)致其國內(nèi)天然氫項目因天然氫分類不明而難以推進。

氫能市場規(guī)模尚未完全展開也是天然氫項目保持觀望的一大原因。油氣井開發(fā)屬于高成本投入項目，項目建設(shè)前需充分考量消納市場。以天然氣氣田為例，根據(jù)中石油某氣田數(shù)據(jù)，單氣井建設(shè)成本在5000萬元以上，單井采氣量50萬方/天以上。若天然氫單井采氣量也為50萬方/天，則單井采氣規(guī)模約相當(dāng)于一項250 MW的電解制氫項目，一座4井的氣田采氣規(guī)模則相當(dāng)于GW級電解制氫項目，僅在氣田周圍存在大型醇、氨等化工廠時，或燃料電池汽車市場充分起量后才可實現(xiàn)有效消納。

04國外天然氫利用已到試采階段，國內(nèi)尚待進一步重視

近年來，海外在天然氫領(lǐng)域涌現(xiàn)了一批新興企業(yè)，資源勘探正在加快。這些企業(yè)最早勘探布局已有5年以上，定位到多個有開采價值的天然氫礦藏地點，并從2023年開始逐漸展開商業(yè)化開采布局。除澳大利亞Gold hydrogen在2023年11月于南澳試鉆成功外，在美國，NH2E、HyTerra兩家天然氫企業(yè)已確定北美中部裂谷系為天然氫富含地，開始布局國際上第一口商業(yè)化天然氫礦井開發(fā)建設(shè)；在歐洲，西班牙、法國均有天然氫開采規(guī)劃；在韓國，韓國國家石油公司也宣布發(fā)現(xiàn)了5處潛在天然氫源。

國內(nèi)現(xiàn)階段尚無天然氫的勘探及開采項目披露，但在天然氫的資源分布數(shù)據(jù)及研究也已有一定的積累。依托于已覆蓋國內(nèi)大部分地區(qū)的油氣和礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)活動，國內(nèi)已有較多的天然氫發(fā)現(xiàn)案例。如在在松遼盆地的個別鉆井中發(fā)現(xiàn)氫氣含量高達85. 54%，在柴達木盆地三湖地區(qū)2號井的巖屑罐頂氣中,檢測到了含量最高可達99%的氫氣。此外，在云南騰沖部分熱泉、山西沁水煤礦和煤井、渤海灣盆地、松遼盆地等多地我國均有低濃度天然氫發(fā)現(xiàn)案例。在這些地區(qū)，中石化、中煤，以及地質(zhì)勘探機構(gòu)等油氣、礦產(chǎn)企業(yè)機構(gòu)或已掌握了較為可觀的天然氫分布資料。

05小結(jié)

天然氫資源豐富、開采可行性較高。目前海外已涌現(xiàn)了一批天然氫開發(fā)企業(yè)，部分傳統(tǒng)油氣企業(yè)也在利用自身油氣勘探積累優(yōu)勢探索天然氫方面的開發(fā)。同時，海外各國政府也在立項、資金、法規(guī)等方面給予了較多支持。相較國外，國內(nèi)天然氫方面的探索主要集中于科學(xué)研究階段，基于能源領(lǐng)域勘探數(shù)據(jù)及技術(shù)積累，也已發(fā)現(xiàn)了多天然氫資源地。

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來源：能景研究

作者：南枝

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       原文標(biāo)題 : 洞見|天然地質(zhì)氫的潛力有多大？