——专访中国科学院院士金之钧

　　作为氢能发展的新路径，天然氢的开发利用呈现出良好的发展前景。

　　我国顺应全球能源发展大势，坚定不移施行能源安全新战略，加速构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系，清洁能源广泛应用，能源结构持续优化。其中，氢能被认为是能源体系的重要组成部分、终端用能绿色转型的关键载体及战略性新兴产业的重点方向。

　　在中国科学院院士金之钧看来，全球能源格局加速重构，氢能已成为竞争焦点。地球内部产生的天然氢具有绿色低碳、低成本的优势，是氢能发展的新路径，其开发利用展现出良好的发展前景，正在全球范围内得到越来越多的关注和研究。

　　氢能地位持续提升

　　中国石油石化：金院士，您好!请问您如何看待氢能在构建新型能源体系中的角色?

　　金之钧：氢在化工行业应用得非常广泛。随着国际社会对绿色能源需求的增加，氢能作为一种清洁、高效的能源载体，以其独特的优势，正在被全球视为未来能源体系的重要组成部分。据国际能源署、国际可再生能源署等机构的预测，到2050年，全球氢能年消费量有望达到约5.28亿吨，将是2020年的6倍。国际能源署预计，2050年氢能将占全球能源使用量的12%以上，氢气的总产量比目前的水平要增加5倍以上。在全球能源格局加速重构的背景下，氢能已成为竞争与合作的焦点。2022年起，多国政府就氢能达成了多个合作协议。预计2030年，以低温室气体排放方式生产的氢气将在各个国家和地区之间交易和流动。

　　中国石油石化：我国氢能发展情况如何?

　　金之钧：2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会宣布，“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。

　　为实现“双碳”目标，我国深入推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，发展氢能成为面向国家重大战略的需求。《中华人民共和国能源法》明确将氢能纳入能源管理体系，首次从法律层面确立了氢能的能源地位。国家发展改革委、国家能源局联合制定的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》分阶段设定了我国氢能发展目标：到2025年，形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境，产业创新能力显著提高，基本掌握核心技术和制造工艺，初步建立较为完整的供应链和产业体系;到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，产业布局合理有序，可再生能源制氢广泛应用，有力支撑碳达峰目标实现;到2035年，形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。

　　在相关政策的指导和推进下，我国氢能全产业链加快发展。目前，我国已是全球最大的氢气需求区域，也已逐步成为全球可再生能源制氢及相关产业发展的引领国家。据国家能源局数据，截至2024年底，全球可再生能源制氢项目累计建成产能超25万吨/年，我国占比超过50%。预计到2030年，绿氢在我国终端能源消费中占比有望达到5%，较2021年提升10倍。

　　天然氢勘探热潮掀起

　　中国石油石化：我国氢能发展存在哪些挑战?

　　金之钧：主要是氢能的来源与成本问题。传统的氢气获取方式以人工制氢为主，根据制取方式可分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢由化石能源制取，目前成本最低，每吨制取成本1000~4000美元，但过程中碳排放量高，生产1吨氢气同时产生9~12吨二氧化碳。蓝氢同样由化石能源制取，与灰氢不同的是，在生产过程中结合了碳捕集、利用与封存(CCUS/CCS)技术，从而显著降低了温室气体排放。绿氢是用太阳能、风能等可再生能源发电，然后电解水制取，生产过程中基本不产生温室气体，属于零碳排放的清洁能源。但目前成本高，每吨制取成本4000~8000美元，商业模式还没有完全建立。

　　在这一背景下，科学界开始重新审视地球内部产生的天然氢资源。这类氢气在一定地质条件下聚集成藏，被称为金氢或白氢。如果天然氢能像天然气一样被发现、被开采，也许会重构我们的能源格局。

　　中国石油石化：目前，利用天然氢的进展情况如何?

　　金之钧：天然氢的发现和勘探已经有一百多年的历史。关于天然氢的第一次科学讨论可以追溯到1888年。当时元素周期表之父德米特里·门捷列夫记录称，氢气从乌克兰煤矿的裂缝中溢出。一百多年中，世界各地已记录数百起天然氢泄漏事件。例如，1987年，工人在马里布拉凯布古村打井取水时，发生了一场花费数周时间才扑灭的大火，后经研究是天然氢泄漏导致的。

　　近年来，全球掀起了天然氢勘探热潮。“寻找天然氢源的热潮”被《科学》(Science)杂志列为2023年度十大科学突破之一。根据美国地质调查局(USGS)于2022年10月在美国地质学会会议上提出的模型测算，天然氢的潜在生成规模或将极为可观，足以成为支撑人类长期能源需求的重要组成部分。面对天然氢巨大的前景诱惑，多国政府、新兴勘探企业持续加大对天然氢勘探的政策支持和资本投入，马里、美国、澳大利亚等地已实施超27口天然氢专探井，多口井发现高浓度氢气流。

　　马里Bouraké bougou天然氢气藏是目前世界上唯一商业性开采的氢气藏。它为附近村庄提供无碳电力，单井日产最高1500立方米，最高氢气浓度98%，在现有小规模示范条件下，其制氢成本被估算为约0.5美元/千克。美国根据地球物理数据圈定了美国中西部火山裂谷地质背景的勘探远景区并部署勘探井，美国参议院2024年召开国会听证会审查与美国开发地质氢相关的机遇和挑战。2023年5月，法国在北部洛林盆地发现了一个含氢量在600万吨到2.5亿吨之间的天然氢矿床。这是目前公开报道中全球发现的最大天然氢气矿。同年12月，法国政府批准了该国第一个天然氢勘探计划，法国总统马克龙表示将提供大量资金探索天然氢的潜力。澳大利亚确定了袋鼠岛及约克岛南部高纯度天然氢气资源，并计划进行勘探开发及资源量计算工作。在Gawler克拉通部署的两口探井均获氢气发现，其中Ramsay-2井天然氢浓度最高可达86.26%，并在一些层段发现高浓度氦气。巴西和英国对圣弗朗西斯盆地的天然氢气逸出洼地(仙女圈)进行了资源评估。

　　目前，全球已在陆地和海底环境中检测到非生物成因氢气，包括洋中脊、转换断层、被动陆缘、汇聚板块边界、前寒武纪地盾(克拉通盆地)、蛇绿岩带、大陆裂谷盆地等。据保守估算，全球陆区每年生成或释放的氢气总量在百万吨至千万吨量级。这些勘探和开发案例表明，天然氢并非零散现象，而是一类具备系统性成藏条件的新型能源资源，具备切实的资源开发利用价值。

　　促进我国天然氢勘探

　　中国石油石化：我国是否也开展了天然氢勘探工作?

　　金之钧：我国已经逐步启动了天然氢研究。科技部、自然资源部、自然科学基金委、中国地质调查局等国家部委，中国石油、中国石化、国能集团等企业，北京大学、中国科学院、中国地质大学(北京)、中国石油大学(华东)、中国石油大学(北京)、中国矿业大学(北京)等都设立了相关项目。

　　我对天然氢的原始想法始于在俄罗斯留学和工作期间。回国任职于中国石油大学(北京)后，早在20 世纪末主持国家“973”计划项目期间，便将天然氢气纳入盆地能源系统的整体研究框架，主要考虑氢气和盆地的有机质反应，包括能否与二氧化碳反应形成甲烷气，做一些假设和论证工作。在中国石化勘探开发研究院工作时也有所涉及。到北京大学能源研究院工作后，主导成立了北京大学天然氢气成藏与探测团队，围绕天然氢气“能否成藏、成藏模式、探测技术、有利区优选、资源潜力评估、商业化勘探可行性”等核心科学与技术问题，系统性开展了系列攻关研究。。

　　截至目前，我们团队在天然氢基础理论与勘探方法上已经取得了多项创新成果。我们认为天然氢在自然界的产出非常丰富，生成氢气的方式有地幔释氢、岩浆脱气、富铁岩石水热蚀变、辐射水分解、断层摩擦等。自然界中氢气的生成并不存在根本性障碍，关键在于其能否在地质条件下实现有效保存。我们仔细剖析了马里气田这一经典案例，认识到它形成天然氢气藏的盖层是辉绿岩。天然氢气藏的有效盖层还有膏盐岩、泥质岩和碳酸岩，可以一定程度上阻挡氢气逸散。此外，在认识上还有一个很重要的突破，那就是只要下部的总生氢量大于上部总耗散量，就可以成藏。

　　我们针对中国大陆天然氢气的重点勘探区域，系统开展了资源调查、潜力评价与有利目标优选工作。研究以氢源成因机制与成藏地质单元类型为核心划分依据，在全国油田区、蛇绿岩带区、富铁基岩区、铀矿区、深大断裂区、火山—温泉区开展井中气和土壤气氢气普查。团队率先完成了我国10余省重点地区的天然氢调查，优选松辽、二连、鄂尔多斯及周缘、三水、三江等有利区带8~10个，初步落实钻探目标3~5个，绘制了中国大陆天然氢异常分布图。

　　2022年，我们在三水盆地开展了国内首次以天然氢为目标的普查勘探。土壤气体测量和取样结果显示，在盆地内多条断裂带土壤气中均发现异常高浓度的氢气，最高的土壤气中氢气浓度显示达6948ppm，且气体的组分和同位素特征显示具有幔源成因特征。此后，我们完成了内蒙古地区的地表调查，初步构建了华北北缘火成岩天然氢成藏模式，成功锁定了锡林浩特、鄂尔多斯等一批有利靶区，并率先在锡林浩特市优选并部署了全国首口天然氢科学探井——“金氢科探1井”。目前该井已顺利完钻，正开展岩心、流体样品的分析化验及井下测试工作。

　　我们探索天然氢风险勘探多种资金来源途径和合作模式，成立了国内第一家天然氢勘探与技术服务公司——内蒙古金氢地质勘探有限公司，吸引各类资本，实施风险勘探。

　　中国石油石化：为促进我国天然氢的勘探工作，您有何建议?

　　金之钧：虽然我国相继设立了一些天然氢科研专项，但总体投资有限，风险/商业勘探进展迟缓。而且由于政策不明，遇到了一些难点。比如，天然氢在我国还不是一个矿种，天然氢气藏在我国还没有被发现，导致天然氢气探井的勘查许可审批缺乏明确依据，相关探矿权证的申请与办理处于无法可依的困境。。

　　因此，我首先建议激活勘探主体，加快勘探实践。尽快将氢气列为新矿种，发放探矿许可证，鼓励在天然氢勘探初期组织实施多种类型的科学钻探。发挥油气、地热企业的作用，在油气、地热钻井中增加氢、氦检测项目，鼓励油气企业氢、氦、油气兼探，从而建立全国天然氢数据库，锁定资源富集区，以期尽快发现新气田。

　　其次，强化政策激励，引导社会资本。在科技部、自然科学基金委专项的基础上，鼓励增设地方、大型国企、民营资本勘探专项，给予天然氢勘探资金支持。在财税上，鉴于天然氢当前仍处于高风险的早期勘探阶段，希望国家能给予政策性的补贴。可以参照美国、澳大利亚的经验，以及我国对煤层气(煤矿瓦斯)、页岩气、致密气等非常规天然气开采利用方面的财政补贴政策，对企业施行天然氢勘探费用加计扣除、所得税减免、开采补贴等利好政策。金融界可以通过创新举措，设立风险投资基金支持天然氢勘探。支持民营资本参与天然氢勘探，赋予发现者优先开发权。在鄂尔多斯盆地、三水盆地等有利区设立勘探先导区，把科研项目和钻井工程结合起来，打造“勘探—开发—利用”全产业链试点。

　　责任编辑：石杏茹