天然氢气研究的现状、进展及展望

doi:10.11743/ogg20240519

Abstract

Abstract:

Carbon emissions from fossil fuels pose tremendous challenges to environmental sustainability. Hence， exploring clean energy with low or even zero carbon emissions represents a major scientific issue and technical difficulty in energy research. Natural hydrogen gas （NHG） is considered the ideal clean energy for the future due to its high heating value （HHV）， zero carbon emissions， and low price. In this study， we analyze the hydrogen production methods and their trends， the formation and enrichment mechanisms and distribution of NHG， and recent advances in the theories and technologies for determining the formation， tracing， transport， and preservation of NHG. Furthermore， a comprehensive investigation of the novel methods and recent achievements in natural hydrogen exploration across the world lays the foundation to pinpoint critical scientific issues regarding the theory and technology of the formation， preservation， and accumulation of natural hydrogen. It can be concluded that natural hydrogen features substantial resources， various formation mechanisms， complex accumulation processes， and highly risky exploration and development. This necessitates intensified research on fundamental theories and proactive research and development of technologies and equipment for natural hydrogen exploration and development. To this end， we propose an innovative approach of identifying “fairy circles” using remote sensing， determining natural hydrogen sources through geophysical exploration， and delineating exploration targets using geochemical exploration. It is recommended that relevant government departments and industrial sectors actively push forward the study and exploration and development of natural hydrogen by means of supportive policies rolled out， and top-level design strengthened.

Key words: accumulation pattern, preservation mechanism, formation rate, natural hydrogen

CLC Number:

TE132.1

Qingqiang MENG, Zhijun JIN, Quanyou LIU, Dongsheng SUN, Jianfang SUN, Dongya ZHU, Xiaowei HUANG, Yuan ZHOU, Qiang LI, Yongbo WEI, Yutong SU, Lu WANG, Pengpeng LI, Runchao LIU, Jiayi LIU. Current status， advances， and prospects of research on natural hydrogen[J]. Oil & Gas Geology, 2024, 45(5): 1483-1501.

Figures/Tables 12

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氢气类型	技术路线	技术成熟度	成本/（元/kg）	碳排放强度*	主要特点	发展趋势
灰氢	煤制氢	成熟	6.0～12.0	19～29	适合大规模制氢，成本低，碳排放强，杂质气体多	逐渐减少
灰氢	天然气制氢	成熟	7.0～24.0	10～12	适合大规模制氢，成本低，碳排放强，杂质气体多	逐渐减少
蓝氢	煤制氢+CCUS	示范论证	11.0～15.0	≤2	碳排放强度明显降低，成本相对较高，对碳价敏感	与油气开发技术耦合发展
	天然气制氢+CCUS	示范论证	11.0～15.0	≤1	碳排放强度明显降低，成本相对较高，对碳价敏感	与油气开发技术耦合发展
	焦炉煤气制氢	成熟	0.8～1.3	2～5	排放强度不大，价格低，适合规模化生产；杂质气体复杂，提纯难度大	短期看适合推广，但产能有限
	氯碱化工	成熟	1.2～1.8
	轻烃利用	成熟	1.2～1.8
	合成氨、合成甲醇	成熟	1.3～2.0
绿氢	电网电力电解水制氢	初步成熟	21.0～31.0	38～45	氢气纯度高；成本高	未来主要供氢形式，目前产能较低
	水电风电电解水制氢			<1
	光伏发电制氢			<3

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Current status， advances， and prospects of research on natural hydrogen

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