冰下寶藏

康慶玲

世界上儲量最豐富、最清潔的化石燃料——甲烷水合物（俗稱可燃冰）將成為世界各國競相研究的勘探對象。

大約十幾個看起來很像當?shù)貪O民的人，穿著厚厚的外套，正團團圍住一個冰孔。冰面上，鋼絲繩絞車正小心翼翼地將一根又粗又長的管子放進西伯利亞冰冷的海水里。冰面上的人是俄羅斯科學(xué)院西伯利亞伊爾庫茨克科學(xué)中心海洋研究所的研究人員，他們所尋找的寶藏正是深埋于海水下一種類冰狀的白色結(jié)晶物質(zhì)，即甲烷水合物。如果將火種靠近甲烷水合物，這些甲烷水合物會迅速燃燒起來。因此，甲烷水合物也有個生動的名字——可燃冰。據(jù)悉，這些可燃冰可能是世界上目前已知最清潔的化石燃料。

研究人員是在暴風(fēng)雪來臨之前趕到這里的，而此時正值冬季，這里已經(jīng)形成了近1米厚的冰層，為研究海底冰晶體提供了極其理想的條件。今年，他們的努力總算取得了些成效。

在過去數(shù)十年間，來自世界各地的科學(xué)家們總是不辭辛苦，長途跋涉到俄羅斯的這片荒野之地，而那些急欲了解如何開發(fā)利用這些珍貴資源的政府機構(gòu)也為其提供了強大的經(jīng)濟支持。而如何有效開采這些冰晶體的“比賽”才剛剛開始。無論是哪國勝出，都將控制世界上又一寶貴能源，同時也將重繪世界的能源版圖。

神奇“籠子”

在19世紀初，人們首次在實驗室里發(fā)現(xiàn)了甲烷水合物，其獨特的籠型分子結(jié)構(gòu)引起了化學(xué)家們的興趣。其分子結(jié)構(gòu)就像一個一個的“籠子”：由若干水分子組成一個“籠子”，每一個“籠子”里“關(guān)”著一個氣體分子。

而在實驗室之外，甲烷水合物則需要在特定條件下才能形成。有機物進入水體，沉入水底被分解，水底微生物以這些被分解的有機物為生，代謝出甲烷。甲烷這一氣體通常會逃逸出水面，但是，在一定水深、高壓和低溫條件下，甲烷分子或可被“關(guān)”進由若干水分子組成的“籠子”里，并固結(jié)在海底沉積物中，形成淡灰色的冰球。

如果，人們找到方法將這些“籠子”分解開來，分解出的物質(zhì)與我們從常規(guī)的油井和頁巖層中開采出來的天然氣無異（甲烷是天然氣的主要成分），易燃且無味。

甲烷是一種溫室效應(yīng)極強的溫室氣體，盡管如此，水合物中的甲烷仍可成為地球上最環(huán)保的化石燃料。它在大氣中停留的時間相對較短。在同等條件下，甲烷燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳比煤和石油少得多，且燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何灰燼與含汞物質(zhì)。就算有科學(xué)家過分放大了甲烷的其他缺點，但其成為最清潔能源的可能性也不會被降低。

甲烷水合物的蘊藏量極其豐富，遠遠超過了其他化石燃料之和。根據(jù)甲烷水合物全球分布的情況估計，全球可利用的1015～1017立方米的甲烷水合物相當于格陵蘭島冰蓋的總體積。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局估計，這些甲烷水合物蘊藏的能量達世界上其他化石燃料儲量的2倍之多。

那么，從發(fā)現(xiàn)甲烷水合物到現(xiàn)在，這么長時間過去了，人們?yōu)槭裁磳@一能源寶藏的開采仍停留在規(guī)劃階段呢？理論上講，從甲烷水合物中分離并提取出甲烷氣體很容易，加熱或降低壓力都會使甲烷水合物像加入到熱水里的冰糖一樣迅速融化掉。

但事實上，開采可燃冰涉及政治、經(jīng)濟以及輸送等復(fù)雜因素。其中一個因素，即我們對這一水合物的特性仍知之甚少。原則上說，良好的甲烷水合物賦存條件就是低溫高壓。然而，要準確定位甲烷水合物的分布還需要進行廣泛的測量（包括地震成像等）。而僅僅是發(fā)現(xiàn)甲烷水合物還不夠，將甲烷從中提取出來也極具挑戰(zhàn)性。例如，當甲烷水合物慢慢浮至海面上時，逃逸出的甲烷的體積會膨脹至原來的160倍，足以將任何鉆探設(shè)備炸成碎片。

未知的經(jīng)濟效益

自19世紀80年代以來，多個政府機構(gòu)以及科研團體開始研究并勘探起甲烷水合物，但迄今為止，仍沒有哪個國家在開采這一新型能源方面取得實質(zhì)性的進展。因為頁巖氣、煤、石油等常規(guī)化石能源的開采技術(shù)早已成熟，這似乎意味著人們沒有必要費力研發(fā)開采甲烷水合物所需的裝備、設(shè)施及技術(shù)。同時，基于昂貴的開采成本及未知的市場需求，開發(fā)利用這一能源也不見得會帶來多少經(jīng)濟效益。

不過，在2013年，這一觀點被徹底改變。2013年3月12日，火光照亮了位于日本愛知縣渥美半島東南方向約50千米的“地球號”深海鉆探船船頭。日本國有石油天然氣金屬礦物公司派出的開采團隊成功地從深海可燃冰層中提取出甲烷，這使日本成為世界上首個掌握海底可燃冰采掘技術(shù)的國家。

迫于發(fā)展需求，急于擺脫對外依賴能源局面的日本顯然有足夠理由對甲烷水合物進行研究與勘探。前幾年，由海嘯引起的福島第一核電站核泄漏事故后，日本核反應(yīng)堆相繼停止運營。此后，日本一直依賴從卡塔爾和文萊的液化天然氣進口。2012年，因能源進口猛增，日本出現(xiàn)巨額貿(mào)易赤字，于是日本加快了籌劃已數(shù)十年之久的甲烷水合物開采計劃。

在西伯利亞進行的研究幫助其確定了不同類型的甲烷水合物沉積層的地震反射特征。即使分布在海底下數(shù)百米深處的沉積物中，通過其特有的聲波也可以斷定甲烷水合物的分布區(qū)域。

隨后，開采團隊使用常規(guī)的方法開采甲烷水合物：首先，將鉆探設(shè)備放至海底下約1千米深處，隨后繼續(xù)向下鉆探約300米，達到巖石層，接著將水從甲烷水合物沉積層中抽取出來以降低其壓力，分離出甲烷，并將其提取至海面。

研究人員承認，在開始大規(guī)模商業(yè)開采甲烷水合物之前需要探索許多未知領(lǐng)域，但他們首次嘗試就成功了。在6天的鉆探試驗中，每天的開采量多達2萬立方米，這讓他們堅信，他們最快將于2018年開始大規(guī)模商業(yè)化的開采。

不過，不是每個人都深信這份時間進程表。“他們有豐富的甲烷水合物儲存量，但目前還沒有必備的鉆探設(shè)施，在日本領(lǐng)海內(nèi)也還沒有必需的管道設(shè)備。”總部設(shè)于美國科羅拉多州恩格爾伍德的能源咨詢公司IHS的石油天然氣分析師巴塞爾·阿斯馬爾如是說道。他認為至少還要等20年，甲烷水合物才能帶來一定的經(jīng)濟效益。

“新品種”或可擾亂海底生態(tài)系統(tǒng)

然而，種類不同的甲烷水合物可能會改變這一進程。 2000年，一艘加拿大遠洋漁船在溫哥華島附近“捕獲”了一大塊奇怪的物體。船員發(fā)現(xiàn)漁船“捕獲”的蠕蟲，竟然被凍結(jié)在重量超過一噸的冰狀白色結(jié)晶物質(zhì)中，后經(jīng)證實為甲烷水合物。

這個發(fā)現(xiàn)表明，甲烷水合物不只是分布在永久凍土層或海底沉積物中。在一些地方，甲烷水合物會像雪堆一樣大量散落在海底、海底附近或湖底。不同于體積小但數(shù)量眾多的沉積水合物，人們不需要鉆探海底沉積物便可以采集這些甲烷水合物，可以輕而易舉地將它們“舀”起來。在理論上，這使得它們更容易被轉(zhuǎn)換為可用燃料。

這些水合物引起了加拿大科學(xué)家奧列格的關(guān)注。奧列格曾參與過西伯利亞的深海鉆探計劃，證實了在“冷泉”中分布有甲烷水合物。在這些“冷泉”中，會有天然氣飽和水從斷層中滲透出來。不能確定的是，這些天然氣飽和水中是否含有可用的甲烷。2008年，奧列格曾帶領(lǐng)一支科考隊在貝加爾湖底部開展研究，試圖尋找這一問題的答案。

加拿大和俄國科學(xué)家共同組成的科考隊駕駛著從貝加爾湖研究所借來的科考船，對貝加爾湖不同水深處進行了觀察和勘探。在約420米水深處，他們發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的甲烷水合物聚集：大塊大塊的冰狀白色結(jié)晶物質(zhì)。為了測量其中的甲烷含量，科考隊將系有“勺子”的大型管子放入湖中。奧列格說：“在40分鐘內(nèi)，我們便‘舀’起來了近1.5立方米的甲烷。”雖然采集的數(shù)量不多，但在場的所有科學(xué)家們都異常驚訝，因為他們似乎什么都沒有做，只是將水泵打開，然后天然氣便開始流動，根本無需進行鉆探。

然而，這一做法引起了爭議，因為舀取甲烷水合物這一方法可能會帶來生態(tài)隱患。奧列格認為與鉆探相比，舀取方法的成本較低，但在貝加爾湖通過舀取采集甲烷水合物是不可行的，因為舀取會打亂這一世界自然遺產(chǎn)地的生態(tài)系統(tǒng)，影響水下生物棲息環(huán)境。“世界上應(yīng)該很難有國家會同意開發(fā)海底（湖底）區(qū)域。”美國地質(zhì)調(diào)查局蒂莫西·科利特如是說道。

“白金”爭奪戰(zhàn)

在五六年前，頁巖氣還僅僅是一種潛在資源，而如今，頁巖氣已經(jīng)主導(dǎo)并控制了天然氣市場。現(xiàn)在美國國內(nèi)頁巖氣開采量占美國天然氣總產(chǎn)量的20%，這已經(jīng)改變了美國與能源出口國之間的關(guān)系。甲烷水合物的開采或許也將出現(xiàn)這種情況。

其他國家也相繼開始關(guān)注甲烷水合物。急于實現(xiàn)能源獨立的印度已多次前往西伯利亞進行實地勘探。基于勘察成果，印度發(fā)現(xiàn)，在其近海海域蘊藏著約1.9萬億立方米的甲烷水合物。印度果阿國家海洋研究所的艾倫曾于2004年前往西伯利亞，在那兒繪制的地圖幫助他們勘查并成功發(fā)現(xiàn)了甲烷水合物沉積層。不久后，他加入印度國家甲烷水合物研究項目。在他研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，印度決定在孟加拉灣開始鉆探地下沉積水合物。中國和韓國也開始研究和勘探甲烷水合物。

不過，不是人人都將效仿日本開始開發(fā)甲烷水合物。由于頁巖氣勘探熱潮的興起，加拿大、俄羅斯和美國已經(jīng)縮減了對甲烷水合物開發(fā)項目的投資。然而，即使只有一個國家實現(xiàn)對可燃冰的大規(guī)模商業(yè)開采，那也勢必將改變世界的能源版圖，屆時各國政府將圍繞新能源發(fā)展的變化展開新一輪地緣政治博弈。

更重要的是，日本可能甚至都不需要對可燃冰進行商業(yè)開發(fā)，日本實現(xiàn)能源獨立這一威脅就足以引發(fā)全球連鎖反應(yīng)。有科學(xué)家說：“僅掌握可燃冰開采技術(shù)就能增強日本在能源市場上的議價實力……如果中東國家知道日本能夠成功開采有望成為新一代能源的甲烷水合物，那么，能源市場將會出現(xiàn)大變動。”

目前，極易受影響的全球能源市場形勢尚不明朗，一切都可能因兩艘正蕩漾在西伯利亞那波光漣漣的海面上的俄國科考船而發(fā)生改變，它們已準備好隨時執(zhí)行下一個考察任務(wù)。