氢元素是宇宙中最多的元素,最近科学家就在地球深处发现了5.6万亿吨的氢气储量,如果把它变成能源燃料,足够燃料使用一万年。
从环保的角度来看,氢能源其实是非常优秀的,它燃烧后只生成水,零碳排放,热值达120兆焦耳/千克,比汽油43的兆焦耳/千克高近3倍,日本就曾大力押注氢能源汽车,但并没有国家跟进。
因为氢气在自然界很少单独存在,大多锁在水或化石燃料里,人工制取成本高、技术难,直到最近科学家在地底发现了5.6万亿吨的天然氢气,才让人眼前一亮,这批位于地幔深处的巨量氢气是地球积攒了几十亿年的结果。
首先是地壳深处水分子渗入富含铁的岩石,在高温高压下分解,氧被岩石抢走生成氧化物,氢则释放出来聚成气态,这种反应已经进行了亿万年,并且早在地球形成时,原始地幔里就封存了大量氢,后来随着板块运动和火山喷发,这些氢气像打嗝一样从深处冒到浅层,藏在岩缝或矿物中。
研究估算,这5.6万亿吨氢气分布在地壳和上地幔,深度从几公里到几十公里不等,有的以气态存在,有的溶在水里或吸附在矿物上。
2023年,全球能源消耗折合标准煤约190亿吨,其中化石燃料占大头,氢气的能量密度是煤炭的5倍,1吨氢气约等于5吨标准煤,假设未来全用氢气替代,人类每年需耗约38亿吨氢气。
5.6万亿吨÷38亿吨≈1473年,这还是保守估计,如果能源效率提高或只用氢气补缺,使用年限将轻松破万,更别提地球可能还在源源不断生成氢气,所以一万年或许只是下限。
发现5.6万亿吨是好事,但挖出来是另一回事,氢气藏在地下几公里到几十公里深处,远超当前钻井极限,而且地幔压力高达数万倍大气压,温度动辄几百度,钻探难度堪比上天。科学家估计以现有技术,只能开采约2%,即1000多万吨,够用几年而已。
更进一步来看,未来的可控核聚变实现之后,对氢元素的需求也会大大增加,但是未来直接从海水中开采会更方便,比从地幔深处更快捷,只有在可控核聚变始终无法实现的情况下,氢元素才有可能成为主流能源。
但是从目前全球各个托卡马克装置的进展来看,可控核聚变还是很有希望在2050年前变成现实的,到时候从海水中提取的氢元素将提供源源不断的热能,然后是烧开水变成的电能,最终通过电网输出到全世界各个角落。
所以氢能源并不是目前的主流能源,未来也不太可能是,光能和风能以及传统能源,就足够人类文明使用到可控核聚变实现之前了,根本不需要花时间去开采地下的氢气。