感受可燃冰的“溫度”

蘇更林

可燃冰既然是“冰”，自然其溫度也不會太高。然而，我國試采可燃冰獲得成功的消息，在國內外產生了巨大反響，人們對可燃冰的關注度持續(xù)升溫。

顛覆常識的可燃冰

俗話說，水火不容。冰作為固態(tài)的水，自然也是不能燃燒的。可是，可燃冰卻是一種可以燃燒的“冰”。那么，可燃冰到底憑借什么顛覆了我們的常識呢？

原來，可燃冰為天然氣水合物的俗稱。它是甲烷類天然氣被包進水分子中，在海底低溫與壓力作用下形成的一種透明結晶狀物質。由于這種物質大多呈現(xiàn)白色或淺灰色，看起來與冰雪十分相像，并且能像蠟燭或酒精塊一樣燃燒，因此人們就將其稱為可燃冰。

說來也怪，存在于可燃冰內部的甲烷氣體分子和水分子倒是十分地投緣。在由若干水分子組成的“冰籠”中，“囚禁”著一個甲烷氣體分子。構成“冰籠”的水分子是以氫鍵相互吸引的，并與被鎖在其中的甲烷分子形成穩(wěn)定的籠型水合物。

它們稱得上是相依為命的兄弟，沒有了“冰籠”的保護，甲烷分子就會逸出籠外；而抽去了甲烷分子這個“房客”，那么“冰籠”也會發(fā)生塌陷。

可燃冰的“底氣”何在

在可燃冰試采成功之際，社會各界都對其給予了特別關注。那么，可燃冰的“底氣”到底是什么呢？除了可燃冰在能源上的戰(zhàn)略地位之外，可燃冰優(yōu)秀的燃燒品質也是其走紅的“底氣”之一。

由于可燃冰是在低溫、高壓條件下由天然氣與水分子結合而成的天然氣水合物，因此可形成單種或多種天然氣水合物。不過，形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，對甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物。

這樣的結構特征決定了可燃冰是一種能量密度很高的能源，并且是一種很好的清潔能源。通常，1立方米的可燃冰在常溫常壓下分解后可釋放出約0.8立方米的水和164立方米的天然氣。因此，開采時只要把固體的可燃冰升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體來。

在崇尚生態(tài)文明建設的今天，我們更關心可燃冰的燃燒品質，也就是說會不會產生環(huán)境污染。可燃冰在燃燒后幾乎不產生任何殘渣或廢棄物，因此其污染要比煤炭、石油、天然氣等要小得多。因此可以作為未來石油、天然氣的替代能源。

沉睡在海底的“寶貝”

可燃冰的燃燒品質決定了它非凡的應用價值，人們稱其為“寶貝”是一點也不過分的。只是由于其深藏于海底巖石之中，開發(fā)利用難度很大。

一般來說，適于可燃冰形成的溫度在0℃～10℃，超過20℃便會分解了。海底的溫度一般保持在2℃～4℃。在0℃時，可燃冰形成需要30個大氣壓，并且壓力越大形成的可燃冰越穩(wěn)定。關于可燃冰形成的氣源，指的就是甲烷等天然氣。一般來說，甲烷氣源可由海底沉淀的炭經生物轉化而來。

由于可燃冰形成需要特殊的條件，所以只能分布于特定的地理位置和地質構造單元。據(jù)估算，可燃冰的資源量相當于全球已探明傳統(tǒng)化石燃料炭總量的兩倍，科學家們甚至認為它是能夠滿足人類使用1000年的新能源。

“中國方案”領跑世界

我國可燃冰資源儲存量大約相當于1000億噸油當量，其中有近800億噸分布在南海。按現(xiàn)在的消耗水平，可燃冰資源可滿足我國近200年的能源需求。

可燃冰既是一種清潔能源，但也是一種非常危險的能源。原來，在導致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用是二氧化碳的10～20倍。可燃冰的不當開發(fā)有可能導致甲烷氣體的泄漏，不僅會增加地球的溫室效應，還有可能造成海洋生態(tài)的變化以及海底滑塌事件等，這無疑都會加大可燃冰的開采難度。

我國從1999年起開始對可燃冰開展實質性的調查和研究。2004年，我國科學家開始對可燃冰鉆采進行攻關，現(xiàn)已成功研發(fā)了國內外首創(chuàng)的具有自主知識產權的水合物冷鉆熱采關鍵技術。2017年5月，中國實現(xiàn)了可燃冰全流程試采核心技術的重大突破，形成了國際領先的新型試采工藝。我國進行的可燃冰試開采是世界上第一次針對粉砂質水合物進行開發(fā)試驗，采用的是具有中國特色的“中國方案”。

（雨聲摘自《百科知識》2017年第13期）endprint