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安全的大型地质储氢对于到2050年实现净零碳排放目标国家的氢能利用具有重要意义。确定气体注入对自然发生的地下微生物群落的影响、氢气与岩石矿物之间的地球化学反应的结论性研究是这项工作的关键课题。
微生物是由单个细胞或一簇类似的细胞组成的生物体，无法用肉眼看到。无论从族群上还是数量上，微生物都是地球上最普遍的生物。细菌、微藻类、酵母细胞和原生动物是微生物的不同例子。
微生物群落自然存在于各种环境条件下的地下水系中。已知这些自然存在的微生物群落在某些环境条件下消耗氢。
此外，正在研究与地下储氢有关的地球化学问题。地球化学是研究化学在地质学方面的应用。储存在地下的氢可能与所在地层和岩石矿物中的流体相互作用，可能导致通过岩石的迁移路径、地下储存的氢气损失以及其他气体的产生。
NETL正在与国家实验室的同事在一个名为SHASTA的研究伙伴关系中研究微生物和地球化学反应问题，该伙伴关系包括NETL、太平洋西北国家实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室。SHASTA的主要目标之一是确定地下储氢系统的技术可行性，并量化与这些储氢系统相关的操作风险。
SHASTA将开发降低这些风险的技术和工具。与此同时，这项研究工作将为重新利用现有的天然气储存基础设施来实现氢经济奠定技术基础。
NETL的研究人员Djuna Gulliver说，了解微生物群落很重要，因为它们驱动了一系列与地下储氢有关的潜在反应，包括：
1、产生甲烷，当微生物被称为产甲烷菌氧化氢气并还原二氧化碳以产生甲烷时。
2、产生硫化氢，当氢消耗发生通过硫酸盐还原剂产生硫化氢气体。一些模型表明，一些储氢层与硫酸盐还原剂相互作用产生硫化物气体的风险很高。
3、微生物腐蚀，是指将氢气引入地下后，由微生物引起的钢材和其他材料的腐蚀。耗氢微生物造成了腐蚀。
4、次要影响，比如微生物群落的转移会导致意想不到的副产品，比如有机酸甚至碳酸钙结垢，这可能会导致腐蚀性矿物反应和各种酸的产生。
据SHASTA介绍，一些私人公司已经记录了微生物对能源储存系统的影响。法国天然气公司(Gaz de France)发现，产甲烷菌消耗了50%的储存氢气。捷克共和国的天然气储存场报告称，储存的氢被消耗产生了硫化氢。
Gulliver说：“在大规模注入氢气之前，需要研究和实验室测试来调查氢气对地下微生物群落的影响。”
与此同时，NETL的Barbara Kutchko表示，氢、地层流体和岩石矿物之间的地球化学反应对于理解和预测至关重要，这样才能确保固井设施不受影响。一些地质成分，如粘土矿物、氧化物、硫酸盐和碳酸盐，作为填孔矿物胶结储层，可能会与溶解的氢发生反应。
Kutchko说：“在我们能够安全地将氢气储存在地下储层之前，必须评估由地球化学反应产生的气体注入的影响。这就是为什么NETL与SHASTA的合作将有助于开发技术和工具，使地下氢气储存更有效和安全。”
（素材来自：NETL 全球氢能网、新能源网综合） |
