未來能源之星

劉中奎

1.什么是可燃冰

可燃冰（化學式CH4·8H2O），學名天然氣水合物（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，分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，大量有機質在缺氧環境中，厭氣性細菌把有機質分解，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天然氣。可燃冰外表上看像冰霜，從微觀上看其分子結構像一個個“籠子”，由若干水分子組成，每個籠子里“關”一個氣體分子。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。據估算，世界上天然氣水合物所含有機碳總量相當于全球已知煤、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而成。當海洋板塊下沉時，較古老的海底地殼會下沉到地球內部，海底石油和天然氣便隨板塊的邊緣涌上表面。當接觸到冰冷的海水和在深海壓力下，天然氣與海水產生化學作用，就形成水合物。可燃冰的形成有三個基本條件：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，30個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菌分解會產生甲烷，或者天然氣在地球深處產生并不斷進入地殼。自然界中天然氣水合物的穩定性取決于溫度、壓力及氣——水組分之間的相互關系。在上述三個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、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內陸湖的深水環境。可燃冰在世界范圍內分布廣泛，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現的可燃冰礦點超過200多處。科學家的評價結果表明，僅在海底區域，可燃冰的分布面積就達4 000萬km2，占地球海洋總面積的1/4。科學家估計，海底可燃冰的儲量至少夠人類使用1 000年。中國可燃冰儲量十分豐富。我國可燃冰的資源潛力約800億噸油當量，是我國常規天然氣資源量的兩倍，可供中國使用200年。根據研究，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.可燃冰的開發利用

可燃冰的開發利用就像一柄戰略性與危險性共同打造的“雙刃劍”。鑒于可燃冰的廣闊前景，多個國家都在積極開展可燃冰研究，但截至目前仍面臨多個難題。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這種未來能源進行試開采嘗試，但都因種種原因未能實現或未達到連續產氣的預定目標。其次，可燃冰開采過程中風險因素較大。央視報道，據估算，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，如果開采不慎導致甲烷氣體的大量泄漏，將可能引發強烈的溫室效應。最后，可燃冰可采還面臨高昂成本問題。有報告分析，當前中國南海可燃冰開采費用達200美元/立方米，折合成天然氣達6元/立方米，而常規天然氣本身開采只有不到1元/立方米，整整相差6倍。

有業內專家表示，目前可燃冰的研究進度大概相當于30年前的頁巖氣研究情況，但考慮到氣水合物的復雜性和鏈式環境影響，所以研究、開發進度會更加緩慢。目前為止，中國的石油對外依存度高達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的關鍵時期。根據有關部門規劃，可燃冰能源預計在2030年前后將推進至商業化階段。▲endprint