The development of overseas exploration of white hydrogen and implications for China
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摘要:
氢能被认为是清洁能源的天花板，在能源领域将发挥越来越重要的作用。现阶段，氢能仅被视为一种二次能源，不具备大规模、稳定开发的特点，而且绝大多数氢能制备来自化石能源，排放大量温室气体，与清洁能源的目的相背离。由于过度依赖化石能源带来的环境问题日益突出，对地质氢（白氢）的研究得到了越来越多的重视。随着研究的深入，目前世界范围内已有百余处高含量（>10%）白氢报道，尤其是法国东北部洛林盆地白氢矿床的发现，据估算，该矿床氢气资源量在6 × 106~2.5 × 108 t之间。白氢被认为是应对气候危机的关键能源。基于前人的大量研究，介绍了氢能来源分类，对比分析了白氢与工艺制氢相比，具有环保零碳、生产成本极低、可再生三大天然优势。依据国际上白氢的研究进展，分析认为地球拥有一套完备的产氢机制。相关研究表明，高含量白氢广泛分布在裂谷、板块俯冲带、前寒武纪结晶基底等区域，白氢的资源前景和应用前景广阔，美欧等国家正加紧布局白氢勘查。中国也具备白氢矿床发育的地质条件，然而与欧美等国家相比，中国白氢研究工作有待提升，基于此，对中国白氢地质工作提出3点建议：启动松辽盆地和柴达木盆地白氢调查试点，加强综合研究和理论技术研发，建设高素质的白氢人才队伍。
Abstract:Hydrogen energy is considered to be the cleanest energy and will play an increasingly important role in the future energy field. At present, it is only regarded as a secondary energy and does not have the characteristics of large scale and stability. Besides, most hydrogen energies are produced from fossil energies, which emit a lot of greenhouse gases. Because the environment problems caused by excessive dependence on fossil energies, it has become much important to study geological hydrogen (known as “white or native hydrogen”). With the deepening of research, hundreds of white hydrogen discoveries with high content have been reported worldwide, especially, the discovery in the Lorrain Basin, France. It is estimated that the resource is about ranging 6 million to 250 million tons. White hydrogen has regarded as the key energy to combat the climate crisis. Based on the previous studies, the hydrogen color spectrum is introduced. Compared with hydrogen produced by other routes, white hydrogen has three natural advantages of zero carbon, very low production cost and renewable. According to the progress of international exploration for white hydrogen, it is concluded that the Earth has a complete hydrogen production mechanism. Relevant studies have shown that white hydrogen with high content is widely distributed in rifts, plate subduction zones, and Precambrian crystalline basement. Both the resource and application prospects of white hydrogen are broad and the United States and Europe and other countries are stepping up the layout of white hydrogen exploration. According to the previous research, China also has the geological conditions for the white hydrogen. However, compared with other countries, the research work on white hydrogen needs to be improved. Based on this, three suggestions are put forward for white hydrogen work in China, which are launching white hydrogen investigation pilot projects in Songliao Basin and Qaidam Basin, strengthening comprehensive research and theoretical technology research and development of white hydrogen and also building a high−quality white hydrogen talent team.
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Key words:
- clean energy /
- hydrogen energy /
- white hydrogen /
- Songliao Basin /
- Qaidam Basin /
- mineral exploration engineering
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随着人类活动加剧，近年来，全球极端天气频发，迫切需要管理和减少环境中的温室气体排放。为了应对气候危机，世界各国正聚焦清洁能源的发展与规划（梁亚滨，2022；屠新泉等，2024）。氢气因其来源广泛、清洁无污染、能量转化率高等优点被认为是石油、天然气等化石燃料的有效替代品，有望在能源转型中发挥核心作用（万燕鸣，2020）。据统计，世界范围内已有20多个国家和地区发布了氢能发展战略或路线图，如美国、澳大利亚、德国、加拿大、韩国等国家（Milani et al., 2020; Ren et al., 2020; Moon et al., 2021; Stangarone, 2021;Trencher et al., 2021）。然而，目前96% 的氢能需要通过化石能源制备，该过程会产生大量温室气体，违背了作为清洁能源的目的；利用电解和热解水制备氢气虽对环境较友好，但是存在技术不成熟、价格昂贵等缺点（万燕鸣，2020）。
传统观点认为，自然界不存在天然氢大规模成藏或可被大量开采利用，天然氢一直未受到重视。随着研究的深入，学者们逐渐发现天然氢分布广泛，既可以从地表渗漏逃逸，也可以在地下积聚成藏（Maiga et al., 2023）。目前粗略估计，每年从地表逸出到大气中的白氢达2× 107 t（Osselin et al., 2022），据美国地质调查局地质学家估算，全球可能有数百亿吨的白氢（Ellis, 2023）。目前全球每年生产约1 × 108 t氢气，而地球“氢工厂”模型计算出地球上可采白氢储量足以满足数百年的全球氢需求（Bulletin, 2021; Hand, 2023a）。国际能源署的净零排放目标，到2050年全球将消耗1.7 × 104 TWh的氢基能源，相当于中国和美国2020年生产的电力总和（Osselin et al., 2022）。虽然全球正在实施数百个绿氢项目，但远远达不到国际能源署规定的氢能需求量，寻找白氢是满足未来对氢需求的重要途径（魏琪钊等，2024）。目前，美国、法国、澳大利亚等国家高度重视白氢勘查开发等工作，相继从理论研究、法律、资金、技术等层面进行支持。本文通过广泛调研国内外相关资料，系统梳理了氢能来源分类、白氢的形成机制与分布，以及国外勘查进展，从地质学角度提出中国白氢勘查的建议和思考。
1. 氢能来源分类
氢（H）虽然是宇宙中最丰富的元素，但它在地球上主要以化合物的形式存在，目前商业氢气都需要通过制氢技术获得。按照生产过程中碳排放由多到少的顺序，氢气被冠以不同的“颜色”，如棕氢、灰氢、蓝氢、绿氢、粉氢、白（金）氢等。已经实现工业化制备的主要有棕氢、灰氢、蓝氢和绿氢。除白氢外，其余“颜色”的氢制备几乎都需要消耗大量能源，对环境造成污染, 如棕氢、灰氢和蓝氢，或者制备成本高昂，如绿氢、粉氢（表1）。按照氢气的生产方式，以上几种“颜色”的氢又可分为三大类。
表 1. 不同颜色氢气生产效能对比Table 1. Comparison of efficiency for hydrogen in different colors制氢技术 氢类型 单位成本/ （美元‧ kg−1） 二氧化碳排放量/（kg‧kg−1) 资料来源 化石能源加工制备 棕氢 1.2~2 20 Arcos et al., 2023 灰氢 0.67~1.31 8.5 Arcos et al., 2023 蓝氢 0.99~2.05 1~2.4 Yu et al., 2021 电解和热解水制备 绿氢 2.28~7.39 0 Yu et al., 2021 粉氢 2.18~5.65 0 地球内部天然形成 白氢 1 0 Paddison, 2023 注：二氧化碳排放只考虑燃烧和化学转化 | Show Table
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1.1 由化石能源加工制备氢
（1）棕氢。由煤炭气化产生。该过程产生大量碳排放，每生产1 kg氢气，约产生20 kg二氧化碳，是对环境损害最大的氢生产类型，由于天然气价格高及煤炭储量大，中国利用煤炭气化生产了大量棕氢（Bartlett et al., 2020; Ji et al., 2021）。
（2）灰氢。是天然气（含有甲烷等碳氢化合物）在催化剂（通常是镍）的作用下，使用高温蒸汽（700 ~ 1000 ºC，14 ~ 20 atm）进行热化学反应，该过程中产生氢气、一氧化碳和二氧化碳。随后发生水煤气变换反应，其中一氧化碳和蒸汽反应生成二氧化碳和另外的氢气。因该流程的技术和成本都较低，灰氢成为目前市面上氢的主要来源，约占全球产量的95%（Kuehn, 2023）。每生产1 kg灰氢，平均排放8.5 kg左右的二氧化碳（Arcos et al., 2023）。
（3）蓝氢。与灰氢具有相同的生产方式，区别在于蓝氢会在制备过程中使用碳捕捉、利用、储存等技术，将碳排放进行捕获和储存。然而，在制备过程中产生的温室气体不只有二氧化碳，还有未燃烧的甲烷，并且碳捕捉技术无法防止大量逃逸性甲烷的释放，因此蓝氢的温室气体排放总量依然很高（Bartlett et al., 2020；Howarth et al., 2021；Bauer et al., 2022）。
1.2 利用电解和热解水制备氢
（1）绿氢。利用可再生能源发电进行电解水制氢，从源头上实现了二氧化碳零排放（Brandon et al., 2021）。在众多氢的生产方式中，虽然绿氢是目前最有前景的绿色燃料，但是生产绿氢的成本几乎高于所有其他颜色类型的氢气（Dutta, 2018; Jovan et al., 2020）。尽管随着各国对绿氢基础设施的投资与开发，绿氢的生产门槛会逐步降低，但仍需要相当一段时间才能达到规模化生产（Scita et al., 2020; Kazi et al., 2021）。
（2）粉氢。是将核反应堆与先进制氢工艺耦合生产得到的氢气。核能制氢可分为核电制氢、核热制氢和电热混合制氢3种（Mendrela et al., 2024）。虽然核能制氢具有广阔的发展前景，但要实现商业化还面临诸多挑战，例如：①经济性尚待验证，成本是核能制氢能否实现大规模商业利用的关键因素，粉氢比绿氢（风电或光伏制氢）更昂贵；②能高效率制氢的高温气冷堆技术还不成熟；③安全性也是制约核能制氢的一大因素。
1.3 地球内部形成的天然氢
即白氢，指天然产生的氢气，也被称为“天然氢”、“金氢”或者“地质氢”（简称白氢）。关于白氢的形成机制，尚未形成定论，前人提出了蛇纹岩水岩反应、辐射水分解、岩浆脱气、地幔脱气、有机物分解等成因 (Zgonnik, 2020)。与其他“颜色”氢气相比，白氢主要有环保零碳、生产成本极低（据非洲马里油井计算，生产成本每千克1美元，而绿氢的成本约为每千克6美元）（Paddison, 2023）、可再生三大天然优势。
2. 白氢的形成机制与分布
随着21世纪初俄罗斯发现了第一个白氢矿床，以及加拿大海德罗马公司（Hydroma）第一次在西非马里利用白氢发电，白氢越发受到各界的重视（田黔宁等，2022）。全球已发现数百处白氢矿点、矿床，包括澳大利亚、马里、俄罗斯、美国、东欧、阿曼、法国等国家和地区（Zgonnik, 2020）（图版Ⅰ；表2）。随着对白氢成藏机理研究的深入，越来越多的地质学家逐渐意识到地球深部是一个巨大的、被严重低估的“氢工厂”（Hand, 2023a）（图1）。
a. 土耳其卡迈拉山上含白氢的混合气体燃烧，该混合气体氢气含量为7.6% ~ 11.3% (Zgonnik, 2020; Nitz, 2023); b. 阿曼塞迈尔蛇绿岩区泉水中的白氢气泡(图片来自Energy.gov.)；c. 白氢从地下逃逸至地表形成的圆形洼地卫星图（法国）(Messad, 2023); d. 澳大利亚北珀斯盆地白氢泄露形成的圆形洼地卫星图（Peacock, 2023）; e. 巴西圣弗朗西斯盆地一个巨大的白氢逃逸形成的圆形洼地（Hand, 2023a）; f . 美国北卡罗来纳沿海的氢气渗露形成的圆形洼地激光雷达图（Hand, 2023a）表 2. 国外代表性及中国高含量白氢Table 2. Representative white hydrogen locations of different countries国家 地标/地点 氢气含量/% 发现时间（年） 资料来源 澳大利亚 Penneshaw 68.6 1933 Ward, 1933 Coonanna 15.7~16.5 1934 Woolnough, 1934 Mungyer 17.4 1934 Woolnough, 1934 Robe 25.4 1934 Woolnough, 1934 Minlaton 84 1934 Woolnough, 1934 Ramsay 1 well 73.3 2023 Collins, 2023 美国 Washtenaw 26 1935 Newcombe, 1935 Hofmann #3 高达96.3 1987 Moore et al., 1987 Augustine 51.5 2003 Symonds et al., 2003 Heins well 高达80 2011 Vacquand, 2011 Barnes Spring 34~39.2 2013 Morrill et al., 2013 Camp Spring 50.9 2013 Morrill et al., 2013 Scott well 高达56 1983 Zgonnik, 2020 Sue Duroche2 well 高达91.8 2017 Guélard et al., 2017 俄罗斯 Solikamsk 34.6 1958 Savchenko, 1958 Pechora basin 76~81 1971 Zgonnik, 2020 Krasnoyarovskoe 37.8~98.7 1978 Zgonnik, 2020 Severnaya 24.2~86.6 1981 Zgonnik, 2020 Kola superdeep 93.8 1990 Zgonnik, 2020 Lovozero 35.2 2004 Potter et al., 2004 Uglovsky 21.2~27 2010 Zgonnik, 2020 法国 Wittelsheim >50 1981 Zgonnik, 2020 Les Tiogaux 14.1 1990 Zgonnik, 2020 Lorrain Basin >20 2023 Hand, 2023a 德国 Eristgal 22.1 1936 Zgonnik, 2020 Burbach 24.6 1936 Zgonnik, 2020 Stassfurt 82.3~93 1936 Zgonnik, 2020 Muhlhausen 61.5 1984 Angino et al., 1984 加拿大 Rabbit Lake 高达21 1988 Dubessy et al.,1988 Timmins 高达12.7 1988 Dubessy et al.,1988 Cluff Lake 高达19 1988 Dubessy et al.,1988 Strange Lake 高达35 1997 Salvi et al., 1997 Sudbury 高达57.8 2014 Lollar, 2014 日本 Iwo Jima 18 1971 Zgonnik, 2020 Mihara 72~90.2 1982 Showashinzan 25 1983 Arima 51.4 1983 马里 Bourakebougou 98 2016 Briere et al., 2016 阿曼 Hawasina 85.9 2011 Vacquand, 2011 Barrage 75.2 2011 Magniyat 87.3 2011 Bahla 97 2011 Nizwa 99 2011 中国 松辽盆地SK2井 高达26.89 2022 Han et al., 2022 渤海湾东营凹陷 高达22.8 2002 金之钧等，2002 楚雄盆地盐丰凹陷 18.33~43.79 2002 李秀梅，2002 柴达木盆地三湖地区SN2井 高达99 2010 Shuai et al., 2010 川东黔中隆起 高达15.24 2012 余川，2012 黔北正页1井 24.70~36.98 2017 秦川等，2017 渤海湾即墨 13 2020 Hao et al., 2020 | Show TableDownLoad:
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图 1. 地球的“氢工厂”模型图（据Hand, 2023修改）①—水的辐解; ②—蛇纹石化;③—深渊脱气; ④—渗漏; ⑤—微生物消耗; ⑥—非生物消耗; ⑦—凹陷成藏; ⑧—直接收集; ⑨—注水产氢Figure 1. Earth’s hydrogen factories白氢来源于自然的地质和化学作用，是一种天然的清洁能源。目前被普遍接受的产氢机制主要有3种：①水的辐射分解。地壳深层含有大量U、Th等放射性元素, 这些元素放射性衰变时, 其能量将水分子分解形成生氢气。②水岩反应（主要指蛇纹石化作用）。水与富铁岩石（例如橄榄岩）反应，岩石中的亚铁被氧化后将水中的氢离子还原生成氢气（Hand, 2023a）。该种方式可能是主要的大规模成氢机制，据估计仅在洋中脊上的蛇纹石化作用每年产生的氢气可达100~200 t（Worman et al., 2016; Osselin et al., 2022）。在现今世界上规模最大、地表出露最好的阿曼塞迈尔蛇绿岩区更是肉眼可见白氢从泉水中冒出（图版Ⅰ）。③深源脱气。该理论认为，白氢来自于地球深部并沿着板块边界和断层上升聚集成藏。高含量白氢广泛分布在裂谷、板块俯冲带、前寒武纪结晶基底等区域（Zgonnik, 2020）。其中，大陆裂谷系地区是目前已知高含量氢气的主要分布区，如北美裂谷系Scott井，氢气含量高达50%（Goebel et al., 1983），后期在该区域又发现了含量高达90%的氢气（Guélard et al., 2017），同样在位于大陆裂谷系上的冰岛亨吉德山地区的氢气钻孔中检测到37%的白氢（Marty et al., 1991）。
3. 国外白氢勘查进展
全球气候变化要求能源转型，氢能作为一种清洁、高效的能源，日益受到各国的关注，白氢的勘探和开发愈发受到各国重视。
3.1 美国白氢勘查形成了政府主导、企业参加的积极局面
2013年美国地质调查局和科罗拉多矿业学院创建了专门研究白氢的联盟，吸引了诸多主要能源公司及初创公司加入该联盟，例如初创公司科洛马（Koloma），以及壳牌、英国石油、雪佛龙等主要能源公司。科洛马公司将该联盟定位为白氢勘探领域的数据和技术领导者。此外，美国能源部也通过直接提供资金、推动国际合作等方式支持白氢行业的发展。2023年9月初，美国能源部下属高级能源研究计划署宣布，将提供2000万美元用于研究白氢开采技术（Hand, 2023b）。同年9月24日，美国能源部与阿曼能源和资源部召开了美国−阿曼白氢技术研讨会，以此促进两国在该主题上建立新的决策、商业和学术伙伴关系，并就阿曼勘探和生产白氢签署了谅解备忘录，破解白氢发展面临的各种难题。2024年2月28日，美国参议院能源和自然资源委员会围绕白氢举行了国会听证会，并一致赞成在美国开发白氢。
3.2 法国发现世界上最大的氢气矿床
2023年5月，在法国东北部洛林盆地矿区的地下发现了大型白氢矿床。据估算，氢气资源量为6 × 106 ~ 2.5 × 108 t，是人类有史以来发现最大的白氢矿床之一。随着深度增加，浓度不断增加，深度1100 m处氢气浓度高达14%，深度达到1250 m，其浓度达到20%。该矿床的发现立即引起了能源领域的极大关注。2023年12月13日，法国总统表示，将提供大量的资金支持探索法国白氢的潜力（Collins, 2023）。目前法国也已开放勘探许可申请，推进国内白氢勘探开发工作。
3.3 澳大利亚百年之后再启航，力争走在白氢勘查国际前沿
澳大利亚白氢发现史已有100多年，是世界上发现白氢历史最久的国家，近年来也在快速推进，在白氢的勘探开发利用方面取得了实质性进展。2023年10月31日，金氢公司在南澳大利亚实施第一口白氢钻井，井中发现了浓度高达73.3%的白氢，并且计划实施第二口井的钻探工作。此外，澳大利亚也通过修改政策法规允许勘探，2021年2月南澳大利亚将氢气纳入《2000年石油和地热能法案》的“受管制物质”范围，授权白氢勘探许可，至今已颁发了40多个勘探白氢矿床的许可证。在白氢的科学研究方面，西澳大利亚地质调查局在奥非色（Officer）盆地和阿马度斯（Amadeus）盆地开展了富氢和氦气资源潜力评价。科廷大学研发了直接氢/氦指示剂（DHHI），已在奥非色盆地得到应用。伊迪斯科文大学在西澳大利亚伊尔冈（Yilgarn）克拉通开展了白氢渗漏区分布特征的调查研究，澳大利亚于2021年和2022年分别举办了2期线上白氢全球峰会。2023年11月，在珀斯首次线下举办了天然氢气全球峰会，会议吸引了全球30多个国家300余名专家学者参会，极大地促进了白氢这一新兴能源工作的不断推进。
此外，德国将目光瞄准西非，认为西非的白氢很有前景，早在2019年就投资了3000万欧元在西非开启调查（窦立荣等，2024）。芬兰地质调查局于2024年设立了多学科氢小组，启动岩石储氢地质调查和白氢研究。西班牙、韩国等也都先后布局了白氢开发项目（表3）。可以说，2023年，白氢已从科学边缘走到世界清洁能源舞台的中央。
表 3. 国外代表性白氢项目Table 3. Representative project for white hydrogen in overseas项目发起国家 项目负责方 情况介绍 资料来源 美国 美国NH2E公司 2019年在堪萨斯州开钻了美国第一口天然氢，
现阶段已计划开展
新的钻探工作Hand, 2023a 能源部 2023年9月初宣布将拨款2 × 107美元用于白氢开采技术研究，月底与阿曼能源和资源部就阿曼勘探和生产白氢签署了谅解备忘录 Enery. gov., 2023 澳大利亚HyTerra公司 2023年计划在美国内布拉斯加州日内瓦开发世界第一口商业化
白氢井，现阶段钻探工作已启动Evans, 2023 澳大利亚 澳大利亚Gold Hydrogen公司 2021年评估了南澳袋鼠岛和约克半岛白氢资源量达130 × 104 t，2023年在南澳首口探井又发现浓度高达73.3%的白氢 窦立荣等，2024 法国 法国45-8能源公司 2021年确定了整个欧洲各种白氢高潜力区域，2023年发布首次
试采计划，目前已向多个欧洲国家提交白氢勘查许可证45-8 Energy, 2023；
田黔宁等，2022法国国家科学研究中心 2023年在法国洛林废弃矿山发现天然氢矿床，预计白氢储量
6 × 106~2.5 × 108 tPaddison, 2023 法国政府 2023年法国总统明确表示将提供大量的资金支持探索
法国白氢的潜力Collins, 2023 加拿大 自然资源部 2023年实施为期2年的本国氢资源量评估工作 Dove, 2023 加拿大Chapman Hydrogen and Petroleum Engineering公司 2024年夏天将在Ontario进行白氢钻井工作 Bakx, 2024 德国 联邦教育与研究部 2019年投资3× 107 欧元在西非调查白氢资源潜力 窦立荣等，2024 西班牙 美国Ascent Hydrogen Funds
公司2020 年，与西班牙Helios Aragón公司签署勘探协议，研究西班牙阿拉贡地区的高含量白氢异常 Ascent Funds, 2020 西班牙Helios Aragón公司 2023年4月在西班牙北部比利牛斯山脉山麓发现一个储量超过1 × 106 t的氢气储层，计划在2024年钻探，2028年商业化生产 Parkes, 2023 西洲马里 加拿大Hydroma公司 2011年在Bourakebougou建成全球首个商业化白氢发电站，目前已累计在该区完钻25口井，发现5个氢气储层 窦立荣等，2024 韩国 韩国国家石油公司 2023年宣布已在韩国5个潜力地点发现了白氢 Collins, 2023 | Show TableDownLoad:
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4. 对中国白氢地质工作的建议
虽然对白氢的认识还处于初级阶段, 但国外已经认识到白氢的重要性。相比之下，中国虽有白氢的发现记录，但无论是政府层面还是科学家层面，均未引起重视。建议借鉴国际经验，中国应尽快开展白氢调查和相关研究工作，早日构建中国新型能源体系，缩短与国际差距。
（1）启动松辽盆地和柴达木盆地白氢调查试点
位于松辽盆地徐家围子凹陷的大陆科学钻松科2井，在登娄库组、营城组等地层中明显检测到了氢气异常，根据实验测试结果，6460 ~ 6490 m深度样品中氢气含量高达27%（Han et al., 2022）。位于长春附近的松科3井中，同样发现了氢气。现有资料显示，松辽盆地不同地区的钻井中都有氢气发现。齐齐哈尔南—长春一线（长约350 km），氢气含量超过10%的钻井10余口，表明松辽盆地含氢气范围大，具有重大的白氢勘查潜力。在柴达木盆地三湖地区2号井的岩屑罐顶气中检测到了氢气，其体积分数高达99%（Shuai et al., 2010）。基于此，可以将上述2个地区作为中国首批勘探白氢的试点地区。通过卫星影像识别白氢逸出地表形成的圆形凹陷，针对圆形凹陷开展土壤地球化学分析，圈定找氢靶区。在找氢靶区基础上，开展二维或三维地震测量，配合重力等技术识别地下储层和通道并进行钻探验证。
（2）加强综合成因机制和勘查技术研究
系统收集梳理相关资料，包括沉积盆地、深部流体活动区、大陆裂谷系、蛇绿岩等资料，研究编制全国白氢资源潜力分布图，为寻找新靶区提供信息资料储备。开展成因机制研究，包括水岩作用、辐射分解作用等原理研究，揭示成氢生氢机制，为准确定位靶区提供理论准备。同时要研发产氢速率提升辅助技术，如研发向目标岩体人工注水加快蛇纹石生成氢气的速率等技术，提高产氢气的效率。由于氢气的爆炸范围很广，空气中氢气浓度达4%~75.6% 时都会引起爆炸，氢气泄漏监测技术与装备是开采白氢必须具备的条件，也应加强氢气的研发监测技术。
（3）建设多学科人才培养体系，打造专业的白氢人才队伍
国际上现有的白氢勘查技术人员基本上来自于油气和地热勘探人员。数据显示，白氢经常与氦气、油气共伴生，在找气的技术方法上有相似之处。建议中国在现有氦气队伍基础上扩大规模，集航空遥感、地球物理、地球化学等专业为一体，打造一支实力强大的科研与调查相结合的氢氦队伍。前期可加强与美国、法国、澳大利亚等国家的合作，学习国外实践经验与先进理论技术知识，加速人才队伍成长。
5. 结 论
（1）在氢能领域，已经实现工业化制备的主要有棕氢、灰氢、蓝氢和绿氢，生产这些氢气需要消耗大量能源，产生碳排放或者制备成本高昂。白氢是地球内部形成的天然氢气，目前，普遍认为主要有水岩反应、放射性辐射分解水和深源脱气3种成因机制。与工业制氢相比，白氢具有零碳、生产成本极低和可再生三大优势。
（2）地球“氢工厂”模型认为，地球上可采白氢储量能满足全球数百年氢需求，水与富铁岩石反应可能是主要的大规模产氢机制。高含量白氢广泛分布在裂谷、板块俯冲带、前寒武纪结晶基底等区域。全球已发现数百处白氢矿点、矿床。近年来美国、澳大利亚、法国等愈发重视白氢勘查和研究，致力于白氢的勘探和开发工作。与欧美等国家相比，中国白氢调查和研究工作有待提升。
（3）中国已在松辽盆地和柴达木盆地等多处监测到了高含量白氢点，可将上述2个地区作为白氢调查试点。同时要加强综合研究和理论技术研发，编制全国白氢资源潜力分布图，为寻找新靶区提供信息资料储备和开展成因机制研究，为准确定位靶区提供理论准备，以及研发产氢速率提升辅助技术等。此外，要建设高素质白氢队伍，为中国白氢的开发和利用做好准备。
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图 1 地球的“氢工厂”模型图（据Hand, 2023修改）
Figure 1.
表 1 不同颜色氢气生产效能对比
Table 1. Comparison of efficiency for hydrogen in different colors
制氢技术 氢类型 单位成本/ （美元‧ kg−1） 二氧化碳排放量/（kg‧kg−1) 资料来源 化石能源加工制备 棕氢 1.2~2 20 Arcos et al., 2023 灰氢 0.67~1.31 8.5 Arcos et al., 2023 蓝氢 0.99~2.05 1~2.4 Yu et al., 2021 电解和热解水制备 绿氢 2.28~7.39 0 Yu et al., 2021 粉氢 2.18~5.65 0 地球内部天然形成 白氢 1 0 Paddison, 2023 注：二氧化碳排放只考虑燃烧和化学转化
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表 2 国外代表性及中国高含量白氢
Table 2. Representative white hydrogen locations of different countries
国家 地标/地点 氢气含量/% 发现时间（年） 资料来源 澳大利亚 Penneshaw 68.6 1933 Ward, 1933 Coonanna 15.7~16.5 1934 Woolnough, 1934 Mungyer 17.4 1934 Woolnough, 1934 Robe 25.4 1934 Woolnough, 1934 Minlaton 84 1934 Woolnough, 1934 Ramsay 1 well 73.3 2023 Collins, 2023 美国 Washtenaw 26 1935 Newcombe, 1935 Hofmann #3 高达96.3 1987 Moore et al., 1987 Augustine 51.5 2003 Symonds et al., 2003 Heins well 高达80 2011 Vacquand, 2011 Barnes Spring 34~39.2 2013 Morrill et al., 2013 Camp Spring 50.9 2013 Morrill et al., 2013 Scott well 高达56 1983 Zgonnik, 2020 Sue Duroche2 well 高达91.8 2017 Guélard et al., 2017 俄罗斯 Solikamsk 34.6 1958 Savchenko, 1958 Pechora basin 76~81 1971 Zgonnik, 2020 Krasnoyarovskoe 37.8~98.7 1978 Zgonnik, 2020 Severnaya 24.2~86.6 1981 Zgonnik, 2020 Kola superdeep 93.8 1990 Zgonnik, 2020 Lovozero 35.2 2004 Potter et al., 2004 Uglovsky 21.2~27 2010 Zgonnik, 2020 法国 Wittelsheim >50 1981 Zgonnik, 2020 Les Tiogaux 14.1 1990 Zgonnik, 2020 Lorrain Basin >20 2023 Hand, 2023a 德国 Eristgal 22.1 1936 Zgonnik, 2020 Burbach 24.6 1936 Zgonnik, 2020 Stassfurt 82.3~93 1936 Zgonnik, 2020 Muhlhausen 61.5 1984 Angino et al., 1984 加拿大 Rabbit Lake 高达21 1988 Dubessy et al.,1988 Timmins 高达12.7 1988 Dubessy et al.,1988 Cluff Lake 高达19 1988 Dubessy et al.,1988 Strange Lake 高达35 1997 Salvi et al., 1997 Sudbury 高达57.8 2014 Lollar, 2014 日本 Iwo Jima 18 1971 Zgonnik, 2020 Mihara 72~90.2 1982 Showashinzan 25 1983 Arima 51.4 1983 马里 Bourakebougou 98 2016 Briere et al., 2016 阿曼 Hawasina 85.9 2011 Vacquand, 2011 Barrage 75.2 2011 Magniyat 87.3 2011 Bahla 97 2011 Nizwa 99 2011 中国 松辽盆地SK2井 高达26.89 2022 Han et al., 2022 渤海湾东营凹陷 高达22.8 2002 金之钧等，2002 楚雄盆地盐丰凹陷 18.33~43.79 2002 李秀梅，2002 柴达木盆地三湖地区SN2井 高达99 2010 Shuai et al., 2010 川东黔中隆起 高达15.24 2012 余川，2012 黔北正页1井 24.70~36.98 2017 秦川等，2017 渤海湾即墨 13 2020 Hao et al., 2020
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表 3 国外代表性白氢项目
Table 3. Representative project for white hydrogen in overseas
项目发起国家 项目负责方 情况介绍 资料来源 美国 美国NH2E公司 2019年在堪萨斯州开钻了美国第一口天然氢，
现阶段已计划开展
新的钻探工作Hand, 2023a 能源部 2023年9月初宣布将拨款2 × 107美元用于白氢开采技术研究，月底与阿曼能源和资源部就阿曼勘探和生产白氢签署了谅解备忘录 Enery. gov., 2023 澳大利亚HyTerra公司 2023年计划在美国内布拉斯加州日内瓦开发世界第一口商业化
白氢井，现阶段钻探工作已启动Evans, 2023 澳大利亚 澳大利亚Gold Hydrogen公司 2021年评估了南澳袋鼠岛和约克半岛白氢资源量达130 × 104 t，2023年在南澳首口探井又发现浓度高达73.3%的白氢 窦立荣等，2024 法国 法国45-8能源公司 2021年确定了整个欧洲各种白氢高潜力区域，2023年发布首次
试采计划，目前已向多个欧洲国家提交白氢勘查许可证45-8 Energy, 2023；
田黔宁等，2022法国国家科学研究中心 2023年在法国洛林废弃矿山发现天然氢矿床，预计白氢储量
6 × 106~2.5 × 108 tPaddison, 2023 法国政府 2023年法国总统明确表示将提供大量的资金支持探索
法国白氢的潜力Collins, 2023 加拿大 自然资源部 2023年实施为期2年的本国氢资源量评估工作 Dove, 2023 加拿大Chapman Hydrogen and Petroleum Engineering公司 2024年夏天将在Ontario进行白氢钻井工作 Bakx, 2024 德国 联邦教育与研究部 2019年投资3× 107 欧元在西非调查白氢资源潜力 窦立荣等，2024 西班牙 美国Ascent Hydrogen Funds
公司2020 年，与西班牙Helios Aragón公司签署勘探协议，研究西班牙阿拉贡地区的高含量白氢异常 Ascent Funds, 2020 西班牙Helios Aragón公司 2023年4月在西班牙北部比利牛斯山脉山麓发现一个储量超过1 × 106 t的氢气储层，计划在2024年钻探，2028年商业化生产 Parkes, 2023 西洲马里 加拿大Hydroma公司 2011年在Bourakebougou建成全球首个商业化白氢发电站，目前已累计在该区完钻25口井，发现5个氢气储层 窦立荣等，2024 韩国 韩国国家石油公司 2023年宣布已在韩国5个潜力地点发现了白氢 Collins, 2023
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