Hydrogen mon amour

想象一个未来，世界的能源主要来自太阳和风。这是许多国家都在努力实现的目标，但这些能源有着自然的节奏：太阳在夜晚不会发光，而风并不会一直吹。当天气持续数日晴朗无风且黑暗时，电网会面临电力短缺。为了保持灯火通明，我们需要一种方法来为那些罕见且困难的时期储存能量。其中一个想法是使用氢气，这是一种可以通过电解水制成的气体，可以长期储存，并在需要时将其转化回电力。然而，制造这种气体、运输它以及将其转化回电力的过程会损失大量的能量，而且如果处理不当，仍会产生污染。科学家们现在提出了一个不同的问题：与其制造这种燃料，我们是否可以寻找已经在地下等着我们的燃料？

这个问题正是物理学家克里斯托夫·格罗让（Christophe Grojean）和帕特里克·雅诺特（Patrick Janot）的一篇新论文的核心。他们在文中探讨了大型粒子对撞机——未来环形对撞机（FCC）如何能在不严重依赖核能的情况下实现自我供电。FCC是一个计划中的机器，旨在研究宇宙中最微小的组成部分，但它也将需要巨大的电力——每年约1.3太瓦时。虽然作者们认为大部分电力可以来自太阳能和风能等可再生资源，但他们也承认，仍有一小部分可能需要来自核电站。核能发电在碳排放方面是清洁的，但它会产生放射性废物，这是一个令公众和环境担忧的问题。作者希望看看是否有一种方法可以进一步减少那部分剩余的核能份额，并随之减少相关的放射性废物，通过寻找一种更好的处理风力和阳光失效时的情况的方法。

作者首先通过描述能量存储的选择来展开讨论，将这个问题视为一场旅程。使用电力最有效的方式是在其产生时立即使用。如果不行，下一步最好的选择是将电储存在电池中。电池非常擅长储存几小时的电量，例如从下午到晚上，并且在释放能量方面效率极高。然而，如果你试图储存几天或几周的电量，电池会变得过于昂贵且沉重。对于那些被称为“黑暗停滞期”的更长时间间隔，作者转向了氢气。氢气可以长期储存在大型储罐中，但将电转化为氢气、储存，再转回电力的过程效率非常低。在整个过程中，它会损失一半以上的原始能量。

论文随后研究了在遥远的阳光充足地区利用太阳能制造“绿氢”，并将其运送到对撞机，再将其转化回电力的设想。作者计算出，这将需要一个面积大约在每边三到四公里的巨大太阳能电场，且仅太阳能电池板的成本就约为十亿欧元。即便有如此巨大的投资，该系统也只能回收约20%的原始能量。他们得出结论，虽然这或许可以作为最后的备选方案，但对于对撞机的电力需求而言，它的效率太低且成本太高。作者明确指出，氢气并不是一种神奇的燃料来源；它仅仅是一种在时间和空间上移动能量的方式，并且伴随着高昂的价格，包括能量损失和成本。

在排除了仅仅为了给对撞机供电而制造氢气的想法后，作者将注意力转向了一个更令人惊讶的可能性：天然氢。长期以来，地质学家因为一直在寻找石油和天然气而忽略了地下发现的氢气。然而，最近在法国洛林地区的调查发现了大量溶解在地下水中的氢气。在其中一个钻探深度达3,655米的特定钻孔中，科学家们在岩层中发现了氢气。一些估计表明，该地区可能含有高达4600万吨的氢气。如果这一资源是真实且可获取的，它将改变游戏规则，因为它不需要通过耗能的过程来分解水以创造燃料。大自然已经完成了这项工作。

作者谨慎地表示，这并非一个已解决的问题。他们强调，在岩石样本中发现氢气与拥有稳定流出的气井是非常不同的。关键问题在于，该储层能否每天产生足够多的氢气以供使用。目前的数据显示，虽然存在氢气，但尚未有人证明其具有足以驱动像FCC这样规模设施的工业级流速。作者建议，如果能够可持续地开采这一资源，它将成为最清洁的能源之一，其碳足迹远低于从化石燃料制取的氢气。它不会产生与核能相关的放射性废物，也不会产生制造氢气时所伴随的大规模能量损失。

该论文提出了一个务实的路径。作者建议，对撞机背后的组织——欧洲核子研究中心（CERN），可以扮演“首位客户”的角色。通过签署一项从天然氢发电购买电力的长期协议，他们可以帮助资助该产业的发展。这将给科学家和工程师信心去建设必要的基础设施、测试流速，并证明该资源的真实性。时间线也非常契合：如果计划在2020年代后期进行的试验取得成功，那么该产业有望在2048年对撞机开始运行前准备就绪。

归根结底，这篇论文并不是在承诺天然氢会拯救世界，而是在呼吁对其进行严肃的研究。作者认为，我们不应假设所有的氢都必须由人类制造。相反，我们应该寻找大自然数千年来一直在生产的氢气。他们总结道，虽然聚变能和其他先进技术仍处于遥远的未来，但天然氢提供了一个切实、即时的可能性。现在的挑战是从希望转向硬数据，去测量流量，检查碳足迹，并确定这种“白金”是否真的是我们可以依赖的资源。答案尚不明确，但作者认为这是一个值得探讨的问题，一个可能改变我们如何驱动未来的问题。