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马斯克的“氢能愚蠢说”被打脸了吗?

马斯克曾多次断言发展氢能是个愚蠢的决定，更说氢气不会自然出现在地球上。

然而今年 7 月，美国新创公司 Koloma 从比尔盖茨与其他投资者手中，获得了总计 9100 万美元的融资，准备开采地下氢气。今年 9 月，地质学家更是直接在法国的地底下发现大量氢气，总量估计有 4,600 万吨。

而且比起需要搭配绿能或是热裂解设备才能制造的绿氢与灰氢，这些氢气价格将会十分低廉，难道，氢气的时代要到来了吗?为了环保，我们得挖呀挖呀挖?

地球上真的还有氢气吗?

这张照片就能证明地底中含有氢气?

图/earthobservatory.nasa.gov

这拍摄于澳洲的珀斯盆地，大大小小的圆圈被称为仙女圈，在仙女圈内没有植物生长，甚至向内凹陷形成盐湖。当科学家调查这些仙女圈，他们意外发现土壤中竟然含有氢气。氢气与仙女圈之间的确切关系还未知，有人推测可能氢气抑制了植物或是微生物菌落的生长，使得该区光秃甚至土壤流失。

我们知道氢气是世界上最轻的气体，一旦进入大气，就会向上飘散，直至被抛至太空，离开大气层。然而地球的大气层中还是有少量的氢气被束缚住，大气浓度约为 0.55 ppm ，是臭氧的 13 倍。

图/pexels

但只要没有进入大气，还是被封在地底的氢气因为不容易溢散，至今存量还很丰富。不只在澳洲，世界各地都观察到了氢气从地底向地表泄漏的情形。

第一炬奥运圣火至今还在燃烧?

位于土耳其奥林匹斯山山谷，就在希腊火神赫菲斯托斯的神庙废墟上方，大大小小的火焰从土石间冒出，就好像赫菲斯托斯至今都还存在在该处一样。该地的冒火处有十几个，总燃烧面积高达 5000 平方米。

根据地质学家推估，这片火焰已经燃烧了 2500 年，根据史料比对，很有可能就是最早奥林匹克圣火的发源地。

图/wikipedia

地质学家调查了这股火焰的形成原因，发现从岩石中喷出的气体，除了含有 87 % 的甲烷以外，还含有百分之 7.5 到 11 是氢气。这股持续 2500 年间不断冒出的气体，根据地质学家推估，与石油、天然气成因不同，并不是因为遗骸或微生物等生物原因才产生的。而是大地之母地球源源不断提供给我们的，这又是怎么一回事?

氢气知多少：哪来这么多地底氢气?

地底的氢气怎么来?

这与岩石的变质作用息息相关，我们知道火成岩、沉积岩会在高温高压下产生变质作用，转为性质截然不同的变质岩。而富含镁与铁的硅酸盐类矿物，例如橄榄石、辉石，当他们在高温环境下与水作用，会转为蛇纹石、水镁石、磁铁矿等矿物，这个过程称为蛇纹石化作用。

图/wikipedia

这种作用是一种化学反应，会将大量的水吸入岩石，让岩石的密度下降。在反应结束后，除了矿物特性产生变化以外，还会生成副产物，也就是氢气。如果地层中又刚好有二氧化碳存在，就会在高温的环境下进一步甲烷化，将氢气与二氧化碳转成甲烷。

目前科学家认为，大部分地层中非生物性原因产生的的氢气与甲烷，多是由这样的过程产生的。奥林匹斯山的圣火，推测也是这样产生的。

而对于地质学家来说，也代表寻找天然氢气这一目标，也可以从盲目搜寻，转为限缩在寻找有经历过蛇纹石化作用的地层上。

图/usgs

但除了蛇纹石化作用以外，大自然还有两种生产氢气的主要方式：深层蕴藏与水的辐解。

地球内的氢气

在地底深处，推测蕴藏着大量氢气。它们深达地底，甚至可能存在于地函与地核之中。

我们现在的技术当然无法直接来个地心探险开采这些气体，但科学家陆续从美国、俄罗斯、东欧等地的岩石钻探结果可以观察到，在越深的地方氢气浓度越高。因此地质学家推测这些氢气可能来自更深的地方，并正从橄榄岩缓缓地扩散，进入靠近地表的岩层之中。

图/PanSci Youtube

然而，因为我们还无法进入地底，因此即便我们知道它们存在，但对于这些氢的形成原因目前还未有结论。有些科学家放眼整个太阳系的形成过程，推测在原始地球形成时，整颗行星包含地核之中就有氢的存在。而也有人认为，地核中的铁元素与水反应，形成氧化铁与一氢化铁两种物质型态，将氢存在地核之中。

这个问题的解答，就等待地球科学家为我们带来解答吧。而且了解这些元素存在于地核、地函的形式，也可以解开许多未知谜团，例如地核的详细组成分、地函存在异常低电阻区的原因、改善地函动力学模型，以及找出哥吉拉到底在哪里等等。

图/giphy

辐射也能产生氢气?

地壳中的钍、铀等放射性元素，在漫长的衰变过程中，会缓慢地将地层中的水分子键结破坏，形成氧气与氢气。例如一颗 1 MeV 的 α 粒子，平均足以让 10 个水分子解离。而当岩石拥有更高的孔隙率， α 粒子会更有机会与水分子产生作用，会有更高的氢气产量。

图/PanSci Youtube

但其实，考虑到衰变的速度以及放射性元素存在于地底的超低含量，这个方式的效率并不高，而且实际上 α 粒子用来解离水分子的能量只消耗了 1 % ，剩余的能量都还是被附近的岩层吸收，以热的形式消耗掉。

除了产量不高以外，理论来说在辐射发生的地方，应该要能看到氢气与氧气同时存在，但目前实地调查的结果，都只有发现氢气。氧气是否进一步参与了其他反应，或是已经逸散，或甚至这个理论需要再做调整，还需要更多的研究。

好的，我们知道氢气是怎么产生的，那么重点是，我们到底有多少氢气能用呢?

地底有多少氢气?

图/PanSci Youtube

世界各地都有发现自然氢气的存在。对了，虽然这张地图看起来氢气的发现地点都集中在北亚与东欧，但这只是因为目前的探勘都聚集在这边，并不代表真实的氢气分布。

这些来自地底的氢气，我们称为地质氢，如果用颜色来分类，则称为白氢或是金氢。如果氢气的开采规模能像天然气一样庞大，白氢的价格，预计会落在每公斤 1 美元。

相比之下其他的氢气生产方式，例如我们上次提到，由蒸汽重组产生的灰氢，售价约为 0.9~3.2 美元。由绿能生成的绿氢则是 3~7.5 美元。因此，如果白氢正式被大量使用，将大幅降低现在的氢气价格，甚至带动氢气运输、储存、发电机组等产业链的发展，连带降低其他颜色氢气的隐含成本。

比尔盖茨与氢能产业

与马斯克看衰氢能不同，比尔盖茨不仅投资白氢的开发，也投资了不少氢能产业。

例如他就投资了西班牙公司 H2SITE ，一间致力于氢能运输与氢气制造的公司。因为现在运输氢气的成本是制造氢气的三倍，如果能降低运输成本，将有助于整个氢气产业的发展。在开采方面，各国也都开始投入地质氢的调查与开采技术研发。

图/PanSci Youtube

美国地质调查局初步估计，全球地底下可能藏有百亿吨的氢气等着被开发，能满足全人类数千年的能源需求。当然，这个数字并没有考虑到开发的困难度，只是单纯地以全球存量作分析。

但也有人正打算转个念头，何不将热水注入富含铁的岩层中，促使更多的氢气产生?类似于地热发电会使用的增强型地热系统，只是我们获得的不是直接的热能，而是氢气。

什么?氢气也是温室气体?

话说回来，氢气真的会成为救世主吗?先等等，事情可能没那么简单。

氢气作为最轻的气体，存在于大气的寿命大约只有两年。但氢气在存在的这段时间中，会与大气中的羟自由基和其他气体作用，产生一系列的反应。造成的结果包含增加甲烷停留在大气的时间、臭氧的增加、与平流层中水气的增加。

图/wikipedia

因此，氢气属于一种“间接”温室气体，氢气的一百年全球暖化潜势 GWP 100 ，被评估为 11.6 ，也就是以 100 为区间进行评估，氢气的温室效应是二氧化碳的 11.6 倍。

此外，我们对氢气的研究还太少，所以才到现在才发现它就在我们的身边。而就跟我们上次提到的一样，大量使用天然气，就意味会有许多天然气泄漏。而伴随着氢气被大量开采，一定会有更多的氢气被释放到大气之中。这对我们的大气是否会产生负面效应，甚至于弊大于利，都还需要更多研究。

最后想问问大家，马斯克与比尔盖茨，对氢能的看法十分两极。你呢?你认为氢能会改变未来的能源形式吗?

会，不论是什么颜色的氢，大家都很认真的在进行研究，一定很快就有好结果。

不会，氢能运输、储存成本怎么看都还太高

不论有没有氢能，人类懂不懂得节制，才是关键中的关键