安全的大型地質(zhì)儲(chǔ)氫對(duì)于到2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放目標(biāo)國家的氫能利用具有重要意義。確定氣體注入對(duì)自然發(fā)生的地下微生物群落的影響、氫氣與巖石礦物之間的地球化學(xué)反應(yīng)的結(jié)論性研究是這項(xiàng)工作的關(guān)鍵課題。

　　微生物是由單個(gè)細(xì)胞或一簇類似的細(xì)胞組成的生物體，無法用肉眼看到。無論從族群上還是數(shù)量上，微生物都是地球上最普遍的生物。細(xì)菌、微藻類、酵母細(xì)胞和原生動(dòng)物是微生物的不同例子。

　　微生物群落自然存在于各種環(huán)境條件下的地下水系中。已知這些自然存在的微生物群落在某些環(huán)境條件下消耗氫。

　　此外，正在研究與地下儲(chǔ)氫有關(guān)的地球化學(xué)問題。地球化學(xué)是研究化學(xué)在地質(zhì)學(xué)方面的應(yīng)用。儲(chǔ)存在地下的氫可能與所在地層和巖石礦物中的流體相互作用，可能導(dǎo)致通過巖石的遷移路徑、地下儲(chǔ)存的氫氣損失以及其他氣體的產(chǎn)生。

　　NETL正在與國家實(shí)驗(yàn)室的同事在一個(gè)名為SHASTA的研究伙伴關(guān)系中研究微生物和地球化學(xué)反應(yīng)問題，該伙伴關(guān)系包括NETL、太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室。SHASTA的主要目標(biāo)之一是確定地下儲(chǔ)氫系統(tǒng)的技術(shù)可行性，并量化與這些儲(chǔ)氫系統(tǒng)相關(guān)的操作風(fēng)險(xiǎn)。

　　SHASTA將開發(fā)降低這些風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)和工具。與此同時(shí)，這項(xiàng)研究工作將為重新利用現(xiàn)有的天然氣儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施來實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

　　NETL的研究人員Djuna Gulliver說，了解微生物群落很重要，因?yàn)樗鼈凃?qū)動(dòng)了一系列與地下儲(chǔ)氫有關(guān)的潛在反應(yīng)，包括：

　　1、產(chǎn)生甲烷，當(dāng)微生物被稱為產(chǎn)甲烷菌氧化氫氣并還原二氧化碳以產(chǎn)生甲烷時(shí)。

　　2、產(chǎn)生硫化氫，當(dāng)氫消耗發(fā)生通過硫酸鹽還原劑產(chǎn)生硫化氫氣體。一些模型表明，一些儲(chǔ)氫層與硫酸鹽還原劑相互作用產(chǎn)生硫化物氣體的風(fēng)險(xiǎn)很高。

　　3、微生物腐蝕，是指將氫氣引入地下后，由微生物引起的鋼材和其他材料的腐蝕。耗氫微生物造成了腐蝕。

　　4、次要影響，比如微生物群落的轉(zhuǎn)移會(huì)導(dǎo)致意想不到的副產(chǎn)品，比如有機(jī)酸甚至碳酸鈣結(jié)垢，這可能會(huì)導(dǎo)致腐蝕性礦物反應(yīng)和各種酸的產(chǎn)生。

　　據(jù)SHASTA介紹，一些私人公司已經(jīng)記錄了微生物對(duì)能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的影響。法國天然氣公司(Gaz de France)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)甲烷菌消耗了50%的儲(chǔ)存氫氣。捷克共和國的天然氣儲(chǔ)存場報(bào)告稱，儲(chǔ)存的氫被消耗產(chǎn)生了硫化氫。

　　Gulliver說：“在大規(guī)模注入氫氣之前，需要研究和實(shí)驗(yàn)室測試來調(diào)查氫氣對(duì)地下微生物群落的影響。”

　　與此同時(shí)，NETL的Barbara Kutchko表示，氫、地層流體和巖石礦物之間的地球化學(xué)反應(yīng)對(duì)于理解和預(yù)測至關(guān)重要，這樣才能確保固井設(shè)施不受影響。一些地質(zhì)成分，如粘土礦物、氧化物、硫酸鹽和碳酸鹽，作為填孔礦物膠結(jié)儲(chǔ)層，可能會(huì)與溶解的氫發(fā)生反應(yīng)。

　　Kutchko說：“在我們能夠安全地將氫氣儲(chǔ)存在地下儲(chǔ)層之前，必須評(píng)估由地球化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體注入的影響。這就是為什么NETL與SHASTA的合作將有助于開發(fā)技術(shù)和工具，使地下氫氣儲(chǔ)存更有效和安全。”

　　（素材來自：NETL 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）