可燃冰：未來潛在的替代能源

吳能友

早在1934年，人們在天然氣輸送管道中發現了一種酷似冰塊的堵塞物質，這是第一次在自然界中發現可燃冰。然而，早期對可燃冰的研究僅處于科學探索階段，直到20世紀50年代，X射線衍射技術的應用才真正揭開了其神秘面紗。

什么是可燃冰？

可燃冰是由氣體分子與水分子在低溫高壓條件下形成的籠形化合物，水分子形成固定籠子而包裹氣體分子。其中，氣體分子主要為甲烷，此外還有少量多碳烴類、二氧化碳與氮氣等，故稱為“天然氣水合物”，又稱“甲烷水合物”。

通常情況下，可燃冰僅在低溫高壓條件下穩定存在，呈白色或乳白色的固態，外形看起來像冰，點火即可燃燒，故稱之為“可燃冰”。雖然可燃冰在我們日常生活中不常見，但組成可燃冰的甲烷與水分子卻再普通不過了。事實上，由于可燃冰分子中近85%含量均為水分子，從而使得可燃冰與冰的物理性質極為相似，密度約為0.9g/cm3，在水中將呈漂浮狀態。

可燃冰在自然界中以多種形態產出，其中，肉眼可見的僅為塊狀、條帶狀等，絕大多數則是以肉眼不可見的彌散狀產出，但將這種彌散狀可燃冰放進水中，又可見大量氣泡冒出，這是不可見的可燃冰分解后產生甲烷導致的。

可燃冰哪里有？有多少？

常溫常壓下可燃冰非常不穩定，極易發生分解，因此自然界可燃冰僅存在于環境相對特殊的海底與陸地凍土帶。其中，99%的可燃冰都蘊藏在海底，陸地區域僅占可燃冰總量的1%。全球海域總面積的93%區域都具備可燃冰形成的低溫高壓條件。但是這種“低溫高壓”是一個相對概念。當海水較深，區域地溫梯度較低時，深度埋藏的可燃冰可達十幾攝氏度。

根據可燃冰資源類型及賦存狀態，結合我國海域地質條件，預測我國海域可燃冰資源量800億噸油當量。通過重點地區普查，我國在南海圈定11個可燃冰有利遠景區，19個可燃冰成礦區帶，經過鉆探驗證圈定了兩個千億方級的可燃冰礦藏。

可燃冰有何作用與價值？

非常規化石能源——可燃冰，已被許多國家作為可替代能源之一開始探尋。可燃冰燃燒產能巨大，一體積可燃冰分解時可釋放164—172體積的常壓甲烷氣，并且可燃冰燃燒后只生成二氧化碳和水，和煤比起來，可燃冰沒有粉塵污染，和石油比起來沒有毒氣污染，甚至和傳統天然氣相比沒有其他雜質污染。而對于溫室氣體排放而言，每千立方米可燃冰燃燒較等熱值煤炭而言，可分別減排二氧化碳、二氧化硫約4.33噸和0.0483噸，且基本不含鉛塵、硫化物以及PM2.5等有害物質，所以相對于煤炭、石油等常規能源來講，可燃冰屬于綠色清潔能源。在石油與天然氣用盡之前，加大對可燃冰的研究能有效減少對常規化石燃料的依賴，實現其開采，也對保障我國國家能源安全具有重要意義。

可燃冰作為一種高效能源，是大自然對人類的饋贈，且與此同時，神奇的大自然還創造了與可燃冰密切聯系的生命體——冷泉生物。冷泉生物包括微生物與動物，作為化能營養型生物，以甲烷為主要的能量來源。研究海底可燃冰賦存及其可能的分解位置，也有利于發現全新的海洋物種。

由于大量可燃冰分布在海底，當全球氣候變暖導致海平面下降時，可燃冰穩定存在的溫壓條件將被破壞，可燃冰發生分解致使大量甲烷泄漏到大氣中，又因為甲烷溫室效應為二氧化碳的23倍，其大量泄漏將進一步加劇氣候變暖。因此，在整個全球碳循環中，可燃冰起著舉足輕重的作用，當其在非可控條件下大量分解時，對全球生態平衡將造成災難性影響，引起生物大滅絕。因此，可燃冰對環境的潛在威脅應引起高度重視。