可燃冰
——未來低碳社會的理想能源

河北省承德市營子區教育局中學教研室 張學軍

2017年5月18日，天然氣水合物試采現場會在南海神狐海域召開，宣告我國進行的首次天然氣水合物試采成功。消息一經發布，可燃冰當即成為人們熱議的話題。

因何而得名

天然氣水合物或稱甲烷水合物，化學式為CH4·nH2O，為無色透明冰狀晶體，因其外觀像冰一樣且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”。

內部啥結構

在微觀世界里，可燃冰實則由一個又一個緊挨著的“籠子”組成，我們稱之為晶胞。每個“籠子”由多個水分子通過氫鍵相互連接構成，而“囚徒”則是1個甲烷分子，因此可燃冰在狹義上也被稱為甲烷水合物，而廣義上的可燃冰，“囚徒”可能是氮氣、氧氣、乙烷、丙烷等分子。

究竟咋形成

遠古時期，大量動植物被掩埋在地下，經過數億個春秋，方才重見天日，然而它們早已面目全非，變成了石油、煤、天然氣等。與天然氣類似，可燃冰的形成條件卻十分“親民”，只需三個基本條件：一是要有氣源（甲烷）；二是溫度介于10℃～－10℃之間；三是壓力適中。因此，可燃冰在地球上分布甚廣，儲存量更是十分驚人。據估計，可燃冰的儲量約為全球所有化石能源的2倍。

有啥好前景

同等條件下，可燃冰燃燒產生的能量比煤、石油、天然氣要多出數十倍，而且燃燒后不產生任何殘渣，避免了最讓人們頭疼的污染問題。科學家們如獲至寶，把可燃冰稱作“屬于未來的能源”，人類對可燃冰的開發和利用將成為未來全球能源發展的戰略制高點。目前全球生產模式主要依靠的傳統化石能源總會耗盡，而可燃冰可能大大延長這個時間，為人類開發新能源提供緩沖。

研究到哪步

早在1934年，人們就發現在油氣輸送管道和加工設備中有冰狀固體堵塞現象，這些固體不是冰，而是比冰熔點高的氣體分子化合物。當時研究的目的是如何抑制和防止氣體分子化合物堵塞管道和設備。1965年，前蘇聯科學家預言，天然氣水合物可能存在于海洋底部的地表層中，后來他們在西伯利亞凍土帶發現了天然氣水合物。從此，各國政府和科學家對天然氣水合物這種潛在的能源，產生了極大的興趣。多年來，對天然氣水合物的結構、性能、形成、開采和應用所進行的研究，使人們對它有了比較深入的了解。

開發難在哪

可燃冰大有替代傳統化石能源的趨勢，為何至今仍未商業化？關鍵是開采容易收集難。在開采過程中，目前無法避免部分甲烷逃逸，而它們進入海水會發生氧化作用，消耗海水的含氧量，對海洋生態帶來危害；又因為甲烷屬于溫室氣體，假設約有1%的甲烷逃逸，理論上將使大氣中的甲烷含量增加30倍，其帶來的溫室效應將是滅頂之災；此外，大陸架的可燃冰一旦被開采，若其巖層結構發生改變，重則可能導致大陸架坍塌、海嘯等自然災害。

經過近20年的不懈努力，我國取得了天然氣水合物勘查開發理論、技術、工程、裝備的自主創新，實現了歷史性突破。中國此次試采可燃冰成功，也是世界首次成功實現資源量占全球90%以上、開發難度最大的泥質粉砂型天然氣水合物安全可控開采。

盡管大規模利用可燃冰還需等待，但終會有到來的一天。相信在不遠的將來，可燃冰定能點燃人們的生活，照亮人類前進的航程。