可燃冰，未來理想的優質清潔能源

□ 黃雨薇

可燃冰，未來理想的優質清潔能源

□ 黃雨薇

對日益陷入能源危機的地球來說，可燃冰是大自然賜給人類神奇也是最后的天然能源。

我國在南海神狐海域成功試采可燃冰，為頁巖氣之后能源領域又一次革命提供了可能。李曉東 供圖

近期，一條消息牽動世界：5月18日，中國南海神狐海域可燃冰試采實現連續穩定產氣。

這條消息之所以牽動世界，不僅是因為此前世界上還沒有國家實現在海域可燃冰試開采中獲得連續穩定的產氣，中國搶占了技術高地，實現了在可燃冰開發上的領跑；而且因為這次試采出的可燃冰甲烷含量高達99.5%，這為頁巖氣之后能源領域又一次革命提供了可能。

因此，中共中央和國務院在4月27日電賀天舟一號飛行任務圓滿成功、5月5日電賀C919大型客機首飛成功之后，對海域可燃冰試采成功發電致賀。

可燃冰究竟是啥玩意兒

可燃冰，科學的名字叫天然氣水合物。人類認識可燃冰，是從一次偶然開始的。20世紀30年代，前蘇聯在鋪設一條通往歐洲的天然氣管道時，經常出現管道堵塞的現象，剖開后才發現是一種酷似冰的東西堵住了管道。進一步研究發現，它是天然氣在輸送過程中，與水汽結合形成的固體化合物，有很強的燃燒力，因外形與冰相似，可以像固體酒精一樣直接被點燃，故稱為可燃冰。

科學家意識到，這種天然氣在一定氣壓和溫度條件下形成的物質，可能在自然界中存在，于是萌發了尋找它的沖動。70年代，科學家先后在世界各地的海洋和陸地的凍土層中找到了可燃冰，并且推算出它的儲量。

天然氣水合物的形成，大致有兩條途徑：一個是氣候寒冷致使礦層溫度下降，加上地層的高壓力，使原來分散在地殼中的碳氫化合物和地殼中的水形成氣—水結合的礦層。另一個是由于海洋里大量的生物和微生物死亡后留下的遺尸不斷沉積到海底，很快分解成有機氣體甲烷、乙烷，鉆進海底結構疏松的沉積巖微孔，與水形成化合物。

可燃冰為啥引世界關注

時至今日，全球天然氣水合物研發最為活躍的國家主要有中國、美國、日本、加拿大、韓國和印度。各國競相投入巨資試采，競爭異常激烈。其中，美國、加拿大在陸地上進行過試采，但效果不理想。日本于2013年在其南海海槽進行了海上試采，但因出砂等技術問題失敗。2017年4月日本在同一海域進行第二次試采，第一口試采井累計產氣3.5萬立方米，5月15日再次因出砂問題而中止產氣。

與日本相比，我國海域主要屬于粉砂型儲層，這也是占全球90%以上比例的儲藏類型。砂細導致滲透性更差，同時我國的可燃冰水深大、儲層埋層淺，施工難度更大。但是我們卻成功產氣，這是重大的理論與技術突破，對全世界具有可參考和借鑒的價值。

據專家介紹，目前地球上已發現的天然氣水合物主要分布在兩類地區：一類是水深為300～4000米的海洋；另一類是高緯度大陸地區永久凍土帶及水深100～250米的極地陸架海。自然界發現的天然氣水合物，主要有層狀、針狀晶體、亞等晶軸狀，顏色有琥珀色、淡黃色、白色、暗褐色等。

從全球來看，海洋中的天然氣水合物占絕對優勢。它們廣泛分布于世界各大洋邊緣海域的大陸坡、深水海臺和盆地及一些內陸海。其主要分布地點在北半球，且以太平洋邊緣海域最多，其次是大西洋。

目前已有超過40個國家開展了天然氣水合物研究，世界上已發現了100多處其存在的實物樣品和標志，其中海洋78處，永久凍土帶38處，中國發現的3處為南海北部陸坡、南沙海槽和東海陸坡。

地球上到底有多少可燃冰

青海南部凍土區TK-02井鉆探現場。李曉東 供圖

全世界可燃冰究竟有多少儲藏量？至今沒有確切的答案。據保守估算，世界天然氣水合物的含碳量是全球已知煤、石油和天然氣總碳量的2倍。我國可燃冰資源主要分布在南海、東海海域，以及青藏高原、東北的凍土區。據粗略估計，我國可燃冰遠景資源量超過1000億噸油當量。僅南海北部陸坡的可燃冰資源就相當于南海深水勘探已探明油氣儲量的6倍，達到我國陸上石油資源總量的50%。美國能源部認為，僅美國南、北卡羅來納州大西洋底的儲備，就夠美國人用100年。而日本地質調查的估計，周邊海底埋藏的可燃冰相當于日本100年天然氣的使用量。

美國地質調查局的科學家卡文頓曾預測，全球的凍土和海洋中，可燃冰的儲量在3114萬億立方米到763億億立方米之間，但當時世界海洋中發現的可燃冰分布帶只有57處。到2001年分布帶增加到88處。中國可燃冰的儲藏量，中國地質調查局的初步預測是，僅南海北部遠景資源量可達上百億噸油當量，相當于目前全世界一年的能源消費總量。

可燃冰的價值是非常驚人的。科學實驗證明，1立方米純凈的可燃冰，能釋放出164立方米的天然氣。

中國此次發現的可燃冰，沉積層厚度達34米，氣體中甲烷含量高達99.8%。無論是礦層厚度、水合物豐度，還是甲烷純度，都超出世界上其他地區類似的發現。

有科學家表示，從理論上說，如果將目前估算的全球可燃冰都開采出來的話，可以供人類使用1000年以上。這種固態化合物，燃燒以后幾乎不產生任何殘渣或廢棄物，對日益陷入能源危機的地球來說，可燃冰是大自然賜給人類神奇也是最后的天然能源。

商業化開采還要等多久

然而，可燃冰何時能夠實現大規模的商業化開采，還有待時日。

美國1998年把商業化開采的時間定為2015年。日本實現商業化開發的目標是2010年。但時至今日，全世界還沒有國家實現可燃冰的商業化開采。中國相對謹慎，曾提出2010年至2015年試開采。中國近期在海域可燃冰試采實現連續穩定產氣，也不意味著商業化開采馬上就能實現。中國可燃冰專家張海表示，中國能在30年內實現可燃冰的商業化開發，是比較樂觀的。

原因何在？就在于開采的高成本及技術難題至今未破解。

首先，可燃冰的開采成本極高。比如美國在墨西哥灣開展的海底可燃冰開采，用的是潛艇——在約540米深的海底，潛艇的機械臂直接抓取裸露在外的可燃冰，然后放入密封罐中，帶回地面。租一艘潛艇，每天需要1.8萬美元，這對科學考察來說不算貴，但用于商業就肯定不劃算。

美國和日本披露，目前的可燃冰開采成本平均高達每立方米200美元，根據每立方米釋放能量相當于164立方米天然氣計算，其折合天然氣的成本達到每立方米1美元以上。顯然，可燃冰難于和天然氣競爭。

其次，盡管我們已成功取得了可燃冰實物樣品，但也只是在一個點上取得突破，還談不上科學地認識天然氣水合物形成機理和分布規律，許多科學問題還需要進一步研究和解決。

更重要的是，可燃冰開采是一把雙刃劍，可能帶給人類災難。一個是開采可能帶來地質災害。可燃冰是海底沉積物的一種膠結物，它對沉積物的強度起關鍵的作用，使海底自然環境條件處于一種非常敏感的平衡之中，一旦天然氣水合物的開發引起海底沉積物失去穩定，就有可能導致海底滑坡，帶來毀滅性的災難。

再一個是溫室效應。甲烷的溫室效應大約是二氧化碳的13倍。科學鉆探實物樣品，或局部地試開采時，水溫、壓力都維持在原有狀態，對環境并無影響，一旦規模化開采，可燃冰在常溫和常壓環境下極易分解，就可能引起大規模的甲烷泄漏，不但導致海洋生物大量死亡，而且引起大氣污染。

所以，可燃冰也是一種“燙手”的能源。

然而，可燃冰因具有分布廣泛、礦藏規模大、能量密度高、清潔、埋藏淺等特點，是地球上尚未開發的最大未知能源庫，是石油、天然氣之后最佳的替代能源，因此被譽為21世紀最理想、最具商業開發前景的新型能源。惟其如此，可燃冰的商業化開發對于人類具有極大的誘惑力。

（作者單位：重慶能源集團）