未來能源之星

劉中奎

1.什么是可燃冰

可燃冰（化學(xué)式CH4·8H2O），學(xué)名天然氣水合物（Natural Gas Hydrate，簡稱Gas Hydrate），它的主要成分是甲烷分子與水分子。它的形成與海底石油、天然氣的形成過程相仿而且密切相關(guān)，分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，大量有機(jī)質(zhì)在缺氧環(huán)境中，厭氣性細(xì)菌把有機(jī)質(zhì)分解，最后形成石油和天然氣（石油氣）。其中許多天然氣又被包進(jìn)水分子中，在海底的低溫與壓力下形成可燃冰。

可燃冰可以看成是高度壓縮的固態(tài)天然氣。可燃冰外表上看像冰霜，從微觀上看其分子結(jié)構(gòu)像一個(gè)個(gè)“籠子”，由若干水分子組成，每個(gè)籠子里“關(guān)”一個(gè)氣體分子。因其外觀像冰而且遇火即可燃燒，所以被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。1m3的天然氣水合物可以釋放164m3的天然氣。據(jù)估算，世界上天然氣水合物所含有機(jī)碳總量相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣的兩倍。

2.可燃冰的形成及分布

可燃冰由海洋板塊活動(dòng)而成。當(dāng)海洋板塊下沉?xí)r，較古老的海底地殼會(huì)下沉到地球內(nèi)部，海底石油和天然氣便隨板塊的邊緣涌上表面。當(dāng)接觸到冰冷的海水和在深海壓力下，天然氣與海水產(chǎn)生化學(xué)作用，就形成水合物。可燃冰的形成有三個(gè)基本條件：第一，溫度不能太高，在零度以上可以生成，0～10℃為宜，最高限是20℃左右，再高就分解了。第二，壓力要夠，但也不能太大，零度時(shí)，30個(gè)大氣壓以上就能生成。第三，地底要有氣源。海底古生物遺骸的沉積物被細(xì)菌分解會(huì)產(chǎn)生甲烷，或者天然氣在地球深處產(chǎn)生并不斷進(jìn)入地殼。自然界中天然氣水合物的穩(wěn)定性取決于溫度、壓力及氣——水組分之間的相互關(guān)系。在上述三個(gè)條件都具備的情況下，天然氣可與水生成天然氣水合物，分散于海底巖層的空隙中。

自然界中的可燃冰廣泛分布在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動(dòng)和被動(dòng)大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境。可燃冰在世界范圍內(nèi)分布廣泛，以分布的地理命名則分為“海域可燃冰”和“陸域可燃冰”。截至目前，全世界直接或間接地發(fā)現(xiàn)的可燃冰礦點(diǎn)超過200多處。科學(xué)家的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，僅在海底區(qū)域，可燃冰的分布面積就達(dá)4 000萬km2，占地球海洋總面積的1/4。科學(xué)家估計(jì)，海底可燃冰的儲(chǔ)量至少夠人類使用1 000年。中國可燃冰儲(chǔ)量十分豐富。我國可燃冰的資源潛力約800億噸油當(dāng)量，是我國常規(guī)天然氣資源量的兩倍，可供中國使用200年。根據(jù)研究，我國可燃冰主要分布在青藏高原的羌塘盆地和南海大陸坡及其深海。

3.可燃冰的開發(fā)利用

可燃冰的開發(fā)利用就像一柄戰(zhàn)略性與危險(xiǎn)性共同打造的“雙刃劍”。鑒于可燃冰的廣闊前景，多個(gè)國家都在積極開展可燃冰研究，但截至目前仍面臨多個(gè)難題。首先，因絕大部分可燃冰埋藏于海底，所以可燃冰開采難度十分巨大。目前，日本、加拿大等國都在加緊對(duì)這種未來能源進(jìn)行試開采嘗試，但都因種種原因未能實(shí)現(xiàn)或未達(dá)到連續(xù)產(chǎn)氣的預(yù)定目標(biāo)。其次，可燃冰開采過程中風(fēng)險(xiǎn)因素較大。央視報(bào)道，據(jù)估算，全球海底可燃冰的甲烷總量大約是地球大氣中甲烷總量的3 000倍，如果開采不慎導(dǎo)致甲烷氣體的大量泄漏，將可能引發(fā)強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)。最后，可燃冰可采還面臨高昂成本問題。有報(bào)告分析，當(dāng)前中國南海可燃冰開采費(fèi)用達(dá)200美元/立方米，折合成天然氣達(dá)6元/立方米，而常規(guī)天然氣本身開采只有不到1元/立方米，整整相差6倍。

有業(yè)內(nèi)專家表示，目前可燃冰的研究進(jìn)度大概相當(dāng)于30年前的頁巖氣研究情況，但考慮到氣水合物的復(fù)雜性和鏈?zhǔn)江h(huán)境影響，所以研究、開發(fā)進(jìn)度會(huì)更加緩慢。目前為止，中國的石油對(duì)外依存度高達(dá)65%，天然氣則逼近40%。可以說，未來10～15年，將是中國能源安全挑戰(zhàn)的關(guān)鍵時(shí)期。根據(jù)有關(guān)部門規(guī)劃，可燃冰能源預(yù)計(jì)在2030年前后將推進(jìn)至商業(yè)化階段。▲endprint