发布日期：2025年4月17日 / 更新日期：2025年4月17日 – 作者：Konrad Wolfenstein
白色氢——德国巴伐利亚北部能源革命：天然氢能能否改变能源转型？——图片来源：Xpert.Digital
天然氢能或可使进口氢变得不再必要：一项前景广阔的能源发现
告别煤炭？德国的天然氢气——工业领域的变革者？
德国的能源格局可能正处于一个重要的转折点。在巴伐利亚北部，埃尔兰根-纽伦堡大学（FAU）的研究人员取得了一项可能彻底改变德国能源供应的发现：可以直接从地下提取的天然氢。这种被称为“白氢”的能源载体，有望在能源转型中发挥关键作用，并使德国离摆脱化石燃料依赖更近一步。这一发现与全球范围内越来越多的类似发现相呼应，并燃起了人们对脚下蕴藏着此前难以想象的能源的希望，这些能源有望以气候中和且可持续的方式加以利用。
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巴伐利亚北部的一项惊人发现
2024年8月，埃尔兰根-纽伦堡大学（FAU）的硕士研究生们在“巴伐利亚北部天然氢”研究项目中取得了一项惊人的发现。他们在精心挑选的区域进行土壤气体测量时，发现氢气浓度超过了传感器1000 ppm的测量上限。参与该项目的学生之一费利克斯·格塞尔（Felix Gsell）这样描述他最初的反应：“一方面，我松了一口气，因为我没有白白在野外待上几个月却一无所获；另一方面，我又怀疑这些高浓度值是否真的准确。”
这项发现所采用的方法既简单又费力：学生们用锤子将一根一米长的钻杆打入地下，插入一个密封钻孔的探针，然后用便携式氢气计测量提取出的土壤空气中的氢气浓度。这项发现意义非凡，因为此前科学文献中从未记录过如此高的土壤空气氢气浓度。
德国其他地区也可能存在类似的氢矿藏。近期在巴伐利亚北部哈斯贝格山丘的发现表明，看似普通的森林土壤实际上含有氢。这些发现是全球范围内越来越多的天然氢矿藏发现的一部分。
什么是天然氢？它是如何产生的？
天然氢或“白氢”与工业生产的氢有着本质区别。绿氢是利用可再生能源电解制取的，灰氢是由化石燃料制成的，而天然氢则直接存在于地下矿藏中，因此是一种主要的能源载体。
地球地壳中天然氢的形成可归因于多种地质过程。山脉中的地质过程起着至关重要的作用，板块构造活动会引发化学反应。当一个大陆板块俯冲到另一个大陆板块之下形成褶皱山脉时，来自地幔的岩石会与水接触。这会触发一种称为蛇纹石化的过程，在此过程中，岩石中的矿物发生反应并释放出氢。
位于波茨坦的亥姆霍兹地球科学研究中心（GFZ）的地质学家通过计算机模拟证明，山地每年的氢气产量可达海底的20倍。尤其是在地幔岩石原本位于地球深处并已暴露于地表附近的区域，可能存在天然氢气生成和大规模气态氢聚集的最佳条件。
德国的地质条件
德国的地质条件为天然氢气矿藏提供了巨大的潜力。虽然此前许多氢气矿藏都发现于比利牛斯山脉或阿尔卑斯山脉等山脉中，但巴伐利亚北部地区的发现表明，其他地质构造也可能蕴藏氢气。
地质学家推测，莱茵地堑德国境内也可能存在氢气矿藏，因为那里的岩石理论上能够促进氢气的形成和积累。地下结构起着至关重要的作用——特别是岩石断层，即地下结构移动并产生高应力的裂缝，会导致氢气的释放。
德国地球科学研究中心（GFZ）的弗兰克·兹万解释说，有时会在这些主要断层线附近发现高浓度的氢气。这些发现可能有助于在德国境内有针对性地寻找其他氢矿藏。
与国际研究结果的比较
德国的发现是全球范围内发现天然氢矿藏浪潮的一部分。目前已知最大的氢矿藏位于法国洛林地区，靠近德国边境。在摩泽尔省的福尔施维勒，科学家估计氢储量约为6000万吨。这一发现也颇具偶然性：研究人员最初的目标是甲烷，却意外发现了氢气，而且氢气的浓度随深度增加，在1200米深处达到了20%。
其他重要发现也记录在案，包括马里、阿尔巴尼亚的布尔奇泽铬矿以及美国。在阿尔巴尼亚，氢气排放的监测持续了六年多，每年至少释放200吨氢气——这只是一个最低值，因为矿井的全部空气体积并未被测量。
美国一项2025年1月发布的研究引发了轰动，该研究计算出全球地下氢储量可能超过此前所有估计。计算结果显示，其蕴含的能量大约是地球上所有已知天然气储量的两倍。
对德国能源未来的重要意义
天然氢矿的发现对德国的能源战略意义重大。德国政府在其氢能战略中设定了到2030年建成10吉瓦电解制氢产能的目标。然而，预计所需氢气的50%至70%仍需进口。
天然氢气可以降低对进口的依赖。此外，白氢相比其他形式的氢气具有关键优势：其生产过程无需消耗大量能源，燃烧时不产生二氧化碳排放，仅生成水。这使其成为工业、交通运输和发电领域理想的清洁能源。
氢能可能带来颠覆性的变革，尤其对钢铁行业而言更是如此，因为钢铁行业是德国最大的二氧化碳排放行业之一。位于杜伊斯堡的蒂森克虏伯钢铁公司已计划在2045年前将其钢铁生产方式转变为气候友好型生产方式，用氢气替代煤炭。此举每年可减少约350万吨二氧化碳排放，是全球规模最大的脱碳项目之一。
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白色氢：地球地壳未解之谜
尽管白氢潜力巨大，但仍面临诸多挑战。地球地壳中白氢的形成和运移机制尚未被完全科学理解。因此，目前既缺乏精密的勘探策略，也缺乏可靠的潜力分析方法。
另一个挑战在于氢气的存在形式。与天然气不同，氢气并不总是形成大气泡，而是经常溶解在地下水中——正如法国研究员雅克·皮罗农所描述的那样，“就像气体溶解在香槟酒瓶或啤酒瓶中一样”。
此外，目前尚不清楚实际可经济开采的矿藏量是多少。即使发现了大型矿藏，它们也可能埋藏过深或距离海岸过远，以至于无法进行盈利开采。
氢能经济的基础设施
在勘探天然氢资源的同时，德国也在大力推进氢能基础设施建设。2024年4月，德国联邦议院批准了一项全长9700公里的氢气管道网络计划，旨在连接氢气生产中心和高需求工业部门。该网络被设计为德国新能源体系的骨干，计划于2032年建成，最快可能于2037年完工。
此外，德国联邦数字事务和交通部 (BMDV) 正在投资建设分散式氢能创新和技术中心 (ITZ-H2)。2025 年 3 月，联邦部长沃尔克·维辛向开姆尼茨中心和包括不来梅、不来梅港、汉堡和施塔德在内的北德集群的代表颁发了总额为 1.54 亿欧元的资助金。
氢是能源转型的关键
天然氢能有望为德国的能源转型做出重大贡献。作为一种气候中性且几乎取之不尽的能源载体，它有望在许多领域取代化石燃料，并大幅减少二氧化碳排放。
最近在巴伐利亚北部发现的氢气矿藏仅仅是德国大规模寻找天然氢气矿藏的开端。后续还将开展更多研究项目，以充分挖掘这一资源的潜力，并开发经济有效的开采方法。
然而，尽管天然氢储量前景可观，德国仍需依赖国内生产、进口和合成燃料的组合。德国联邦环境署强调：“氢将在未来的能源供应中发挥关键作用。它既可作为直接使用的最终能源载体，例如用于钢铁行业，也可作为二次能源载体，用于生产飞机所需的碳氢化合物。”
儒勒·凡尔纳在 1870 年提出的设想——“未来的能源是电流分解的水”——可能会出人意料地成为现实：未来的能源实际上可能是氢——不仅可以人工生产，还可以直接从自然界提取。
德国的天然氢：一种具有巨大潜力的气候中性能源
德国发现天然氢矿藏，标志着在寻求可持续能源领域迈出了重要一步。尽管研究仍处于早期阶段，但巴伐利亚北部地区的发现已展现出这种资源的巨大潜力。随着进一步的研究和技术的进步，天然氢有望为能源转型做出重大贡献，并助力德国实现其气候目标。未来几年将见证，这种“白色氢气”是否真的会成为“新石油”——只不过这一次，它不仅气候中和，而且几乎取之不尽用之不竭。
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