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「地殼天然氫能源可行性分析：解密突破能源困境」

 

 

科楠偵碳事務所
2025-5-23

 

摘要

 

    本文從技術、經濟、環境與政策等多重角度，深入探討「利用地殼中自然氫資源以支持全球能源需求」的可行性。研究顯示，地殼過去十億年累積的氫氣量理論上足以滿足人類當前能源需求約17萬年，但能否經濟且高效地探勘、開採及利用，仍面臨地質條件篩選、開採技術瓶頸、微生物消耗、基礎建設投資及法規政策支持等挑戰。本文透過對比現有綠氫、藍氫成本結構，分析馬利天然氫井等先行案例，並評估全球主要商業化項目的進展與失敗教訓，最後提出技術研發與國際合作建議，以期為未來氫能產業提供戰略參考。

 

前言

 

    氫氣在能源轉型中被視為具關鍵意義的乾淨燃料，可用於工業製程、運輸以及發電等多元領域。然而，目前約98％的工業氫氣來自化石原料轉化，導致全球約2.4%的二氧化碳排放。隨著2050年全球氫氣需求預計增至幾億噸，且市場規模超過兆美元，尋找低碳且穩定的氫氣供應成為各國政策與企業的焦點。近期牛津大學、杜倫大學與多倫多大學團隊提出「地殼自然氫探勘配方」理論，指該資源在全球至少30個美國州份已有證據，並可能存在於多種地質構造中。本文將聚焦此一論點，評析其在地質、技術、經濟與政策層面的可行性。

 

自然氫資源概述

 

地球自然氫的來源與成因

 

    地球自然氫（Natural Hydrogen）是指在實驗室或工業以外，透過地質作用自然生成的分子氫，亦被稱為白氫（White Hydrogen）或金氫（Gold Hydrogen）。主要成因包括：

水-岩反應：含鐵礦物（如玄武岩）與地下水反應，生成氫氣與氧化鐵，典型案例為堪薩斯中大陸裂谷地區的玄武岩體。
放射裂解（Radiolysis）：放射性元素分解水分子，釋出氫氣，常見於深部花崗岩帶。
有機物熱裂解：深層有機質分解，產生混合氣體，其中氫成分可達數％。

 

儲量與分佈

 

    根據研究估算，地殼過去10億年累積的氫氣理論量足以滿足現有能源需求約170,000年；另一方面，金融時報報導全球自然氫資源約5兆噸，最低提取一成成本即可支應數百年需求。模型顯示，包括阿爾巴尼亞蛇紋岩、義大利歐菲奧賴特綜合體、加拿大盾區以及喜馬拉雅山帶等區域，皆具備潛在天然氫蓄積條件。

 

勘探與開採技術挑戰

 

探勘方法與地質指標

 

    研究提出的「探勘配方」涵蓋三大要素：氫源、儲集岩層與封閉圈閉結構，並整合多種地球化學與地球物理指標，例如高地熱流、高壓構造應力場以及特定礦物成分分佈。此方法類似於天然氦探勘策略，須結合重力測量、地震波剖面及岩芯鑽探取得樣本，才能準確評估蓄氫潛力。然而，這類高精度探測技術成本昂貴，如在偏遠或地形困難地區操作，預估每口鑽井成本可能高達數千萬美元。

 

氫氣保存與微生物消耗

 

    地下氫氣易遭微生物（例如產甲烷菌）消耗，造成產出減少。研究指出，必須避開含豐富有機質或微生物活性高的地層，否則即使成功探獲，也可能因微生物作用而喪失經濟規模儲量。在馬利Bourakebougou的天然氫井中，為了減少微生物影響，研究者施加封閉技術並優化抽採速度，才得以維持高純度氫產率。

 

商業化潛力及成本分析

 

生產成本比較

 

    目前蒸氣重整（SMR）生產灰氫成本約$1–$2/kg，綠氫（電解水）成本則約$4–$6/kg，未考慮碳捕捉及其他外部成本。天然氫若能使用基礎鑽探及抽採技術，其目標成本可望降至$1–$2/kg，具市場競爭力；然而，尚未有大規模商業示範，實際成本受探勘成功率、蓄量大小及運輸距離影響甚鉅。

 

投資與市場需求

 

    全球氫能市場規模在2024年約$1350億，預計2050年增至$1兆以上；因此，大型投資者（如比爾·蓋茲主持的Breakthrough Energy、福特斯丘）已經展開天然氫探勘計畫。然而，許多政府補貼與風險資本專注於現有綠氫與藍氫產業，天然氫開採風險高、回報期長，可能使部分投資者望而卻步。

 

環境影響與政策支持

 

減碳效益

 

    天然氫來源於地殼，幾乎零碳排放，可顯著減少工業製程及運輸部門的碳足跡。相較蒸氣重整產生的碳排放，天然氫開採後若配合可再生能源驅動壓縮與運輸，整體生命周期碳排放量可下降90%以上。

 

法規與政策現況

 

    歐盟氫能戰略已將綠氫與藍氫納入法規支持範圍，但未明確涵蓋天然氫探勘及開採 。美國IRA法案提供氫氣生產稅收抵免，但需氫氣碳強度符合門檻，目前天然氫可輕鬆達標。若未來政策明確納入天然氫，將加速相關技術與市場發展。

 

案例分析

 

馬利 Bourakebougou 天然氫井

 

    馬利村落的燃燒水井於1987年被發現，該井年產氫量約5噸，用於當地發電。此為全球唯一經濟可行的天然氫井案例，但其地質環境（含高純度H₂與天然封閉圈閉）極為罕見，難以複製至其他地區。

 

商業化項目挑戰（Desert Bloom）

 

    澳洲Desert Bloom計畫目標2027年達到每公斤氫\$3.10，但因融資與市場需求不足，項目已於2025年擱置。此案例顯示，即使有龐大資本支援，若技術成熟度不足與市場不確定性高，商業化進程仍可能受挫。

 

未來前景與建議

 

技術路線與研究重點

 

1. 高通量探測方法：結合多物理場反演與機器學習，提高探勘成功率。

2. 微生物抑制技術：開發專用封閉劑或施工技術，減少地下微生物對氫氣的消耗。

3. 在地化小規模示範：選擇地質條件優越區域（如玄武岩區、蛇紋岩體），建立中試規模試驗田。

 

國際合作與產業發展

 

    促成政府、學術單位與國際能源企業之間的協作，制定天然氫開發標準與法規框架，並設立專項基金支持早期風險研發，以降低資金與技術障礙。

 

結論

 

    地殼中蘊藏的天然氫具有潛在革命性意義，理論上可大幅改善氫氣供應的低碳化與成本競爭力。然而，從技術成熟度、市場投資意願到法規支持，仍存諸多挑戰。未來需透過多領域合作，完善探勘技術、開發示範項目，並推動政策與法規的配套改革，方能真正將「天然氫配方」轉化為具體、可持續的能源解決方案。

 

參考資料：

 

[1]:https://interestingengineering.com/energy/recipe-to-harness-earths-hydrogen-power "Recipe to harness Earth’s hydrogen power for 170,000 years found"

[2]: https://www.livescience.com/planet-earth/geology/scientists-think-a-hidden-source-of-clean-energy-could-power-earth-for-170-000-years-and-theyve-figured-out-the-recipe-to-find-it "Scientists think a hidden source of clean energy could power Earth for 170,000 years — and they've figured out the 'recipe' to find it | Live Science"

[3]: https://en.wikipedia.org/wiki/Natural_hydrogen?utm_source=chatgpt.com "Natural hydrogen"

[4]: https://www.ft.com/content/81819f64-1025-489b-959a-c3d9b14cc77a?utm_source=chatgpt.com "Geologists signal start of hydrogen energy 'gold rush'"

[5]:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969724037690?utm_source=chatgpt.com "Hydrogen energy systems: Technologies, trends, and future prospects"

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[7]: https://cen.acs.org/energy/hydrogen-power/Trillions-tons-hydrogen-waiting-under/103/i7?utm_source=chatgpt.com "Trillions of tons of hydrogen may be waiting under our feet - C&EN"

[8]:https://www.theaustralian.com.au/business/osaka-gasbacked-desert-bloom-15bn-nt-green-hydrogen-dream-put-on-ice/news-story/d3318ba886c67caffcdcca9a0bd7cccd?utm_source=chatgpt.com "$15bn NT green energy dream joins the hydrogen graveyard"

[9]: https://ieaghg.org/insights/gold-geologic-white-native-hidden-natural-hydrogen-does-earth-hold-extensive-stores-of-untapped-carbon-free-fuel/?utm_source=chatgpt.com "Gold, Geologic, White, Native, Hidden, Natural Hydrogen - IEAGHG"

[10]: https://www.nature.com/articles/s41467-023-41107-x?utm_source=chatgpt.com "Global land and water limits to electrolytic hydrogen production ..."

[11]:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2024/3265065?utm_source=chatgpt.com "Harnessing Hydrogen: A Comprehensive Literature Review on ..."