美国能源部拨款110万美元探索地质氢气潜力
宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的一组研究人员被选为18个团队之一，将获得美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)110万美元的资助。这项为期两年的合作协议支持早期研究和开发，以推进低成本、低排放的地质氢生产。地质氢是在地下自然产生的，可以为更可持续的、能源独立的未来做出贡献。
该团队由George H.，Jr.和Anne B.Deike采矿工程主席、宾夕法尼亚州立大学能源与矿物工程教授刘世民（Shimin Liu，音译）领导，将致力于更好地了解如何从地下储层中探索和提取地质氢。美国能源部表示，设计地下氢的生产可能会为清洁能源释放大量资源，并导致我们能源最密集的行业脱碳。
氢是宇宙中最丰富的元素，但通常以化合物的形式存在。它可以从各种来源提取，包括水、化石燃料和生物质，但这需要能源，并可能向大气中释放二氧化碳。研究人员说，地质氢——或天然氢——是纯氢，是在没有主动刺激的情况下，通过地球地下深处的水-岩石相互作用自行产生。
氢可以按颜色分类，根据其生产过程中的碳排放量来定义。从地下提取的氢被称为白氢或橙色氢。白氢是通过低流量低体积的被动萃取法生产的。根据研究人员的说法，利用地下增产、储层创造和管理的主动开采，可以产生一种被称为橙色氢的气体。
刘说：“尽管橙色氢具有巨大的氢气收集潜力，但我们对其生产的理解和表征缺乏认识。”
“它对原位地球化学和地质力学行为的影响，以及由此产生的储层流动行为的演变和相关的地质环境风险，在很大程度上仍是未知的。”
根据研究人员的说法，这些知识差距阻碍了未来从地层中大规模开采氢气。
刘说：“到目前为止，氢从未被视为一种主要能源，我们的意图是人工设计一个地质力学系统，可以维持氢气的生产，这是以前从未做过的。因此，在每一步中，我们都需要评估和开发一种新的工艺或技术。”
德里克·埃尔斯沃思(Derek Elsworth)是能源与矿物工程与地球科学教授，也是联合首席研究员(co-PI)，他将该项目总结为“高风险，高回报”。
德里克·埃尔斯沃思说：
“除了作为一种能源，氢还可以作为电网均衡器，将可再生能源整合到电网中。”
“第二个吸引人的地方是，氢气可以利用很多现有的基础设施。你可以利用现有的天然气管道输送它。”
地质上的氢是通过一种叫做蛇纹石化（serpentinization）的过程形成的——地壳中富含铁的岩石，如橄榄石，与水反应，释放出氢作为化学反应的副产品。
研究人员建议利用橄榄岩中的蛇纹石化过程，橄榄岩是一种含有橄榄石作为主要矿物的岩石。该团队计划使用惰性气体动态压裂技术将二氧化碳注入橄榄岩地层，以增加其渗透率和活性表面积。然后，他们计划用富含碳的溶液刺激地层，以诱导并维持蛇纹石化过程。
埃尔斯沃思说：“这与开发地热储层的方法类似，即压裂岩石，但这项技术略有不同，而且更局限于局部地区。挑战将在正确的深度创造一个反应表面积，使用正确的试剂，进行正确的反应，然后以环保的方式回收高产量的氢气。现在没有人这么做，以前也没有人这么做过。”
刘说，这种方法需要新的技术。
刘说：“它将不断改变地球化学平衡，以促进和维持产量在一个可接受的水平。我们希望确保在减少诱发地震活动的同时最大限度地提高氢气产量。”
在接下来的两年里，该团队的目标是采用多阶段方法开发他们的创新技术。该团队将首先通过对美国富含橄榄岩的地点进行分类来确定潜在的储层地点——他们怀疑在加利福尼亚和中大陆裂谷附近发现的橄榄岩数量最多。
能源与矿产工程助理教学教授、联合项目负责人Ang Liu解释说，确定理想的储层位置是一项复杂的评估工作。
Ang Liu说：
“我们将考虑安全和环境影响，并确定该地区是否可进入市场，是否靠近潜在客户和必要的基础设施。”
研究人员将进行额外的测试，并使用模型来描述微震活动、渗透率变化以及岩心样品中裂缝的传播方式，然后在当地矿山进行中试规模的实验。根据研究人员的说法，目标是为分析模型提供尽可能多的基础数据，以创建一个持续的、油田规模的油藏管理框架。这些数据还可以帮助预测和预防诱发地震事件。
最后一步将是技术经济分析，计算全面运营的所有预计成本，并评估将技术推向市场的可行性。
埃尔斯沃斯说：“为这个项目做出贡献的每个人的想象力、创造力和技能使这样的研究成为可能。这是不切实际的想法。这是前所未有的。但如果它确实有效，那么回报可能相当高。”
该项目由ARPA-E的探索课题H：氢气储层管理的地下工程资助，重点研究与地质氢气提取相关的技术。
ARPA-E项目主管道格·威克斯(Doug Wicks)说：
“利用二氧化碳输送反应物并设计地下氢气回收是一个令人兴奋的前景，有可能改变我们对这一关键能源的理解。”
“我期待着跟随团队朝着这个目标前进。”
来源：新能源网
