氢是一种清洁、高效、零碳的能源载体，作为连接气、电、热等不同能源形式的桥梁，将在未来能源体系中发挥重要作用，尤其是用于难以通过电力脱碳的行业。2022年全球氢气产量达到9500万吨/年，低碳氢仅占0.7%[1]，无法满足能源系统向清洁转型的需求。尽管全球低碳制氢项目正呈现井喷式增长，即使所有已宣布项目均能成功建设，到2030年全球低碳氢产能也仅达到4500万吨/年[2]，仍存在大量缺口。。天然氢又被称为“地质氢”、“金氢”或“白氢”，是地下地质作用产生的可再生氢气，其生产成本低，储量巨大。自天然氢在非洲马里被成功开发以来，美、加、澳等国纷纷加强对天然氢的勘探和开发利用。2023年，天然氢首次被国际能源署（IEA）写入氢能年度旗舰报告《全球氢能回顾》，并入选Science杂志年度十大突破[3]。本文系统梳理总结了全球天然氢勘探开发进展，供决策参考。
天然氢的成因及资源潜力
天然氢一直长期被忽视。由于自然界中的游离氢极为少见，传统观念认为，氢气难以在地下存在，或是储量过少而不具备勘探价值，气体采样和检测往往缺乏对氢气的检测。现代油气开采通常在富含有机物的沉积岩中作业，这些岩层中的氢含量稀缺，因此也很少检测到氢气。原苏联研究人员认为天然氢是油气的主要成因机制，在多地开展检测，发现了大量高含量天然氢的存在。目前，世界各地已记录了数百起天然氢泄漏现象。研究显示，美国东海岸卡罗莱纳湾的圆形凹陷可能是地质氢从深处迁移到地表的流动路径表现[4]，澳大利亚西部北珀斯盆地的“仙女圈”地貌可能是天然氢泄漏抑制了地面植被生长导致[5]。2012年，加拿大Hydroma公司对西非地区马里Bourakébougou村的一口因失火而封闭的干井进行了检测，发现其中氢气含量高达98%。该公司基于该井建设了全球首个天然氢发电商业电站，引起了人们的广泛关注。尤其是2018年针对马里天然氢井开发的研究在International Journal of Hydrogen Energy杂志发表[6]以来，天然氢相关研究论文数量大幅增加，对于天然氢的成因、分布环境、资源潜力等均进行了研究。
对于天然氢的形成机制尚未有定论，当前研究提出的机制有多种（如图1[7]），其中有3种被认为是主要成因：①水的辐解，岩石中的微量放射性元素辐射使水分解产生氢气，该过程极为缓慢，在一些古老的岩石中最有可能发生；②蛇纹石化，在高温高压下，水与富铁岩石反应产生氢气，这种快速且可再生的反应称为蛇纹石化，可能是地质氢最主要的成因；③地球深部脱气，指地核或地幔存储的氢气沿着板块边界和断层上升流出，由于勘探技术的限制，目前还无法直接观测到地球深部中氢的存在，因此该说法还存在争议。
