可燃冰:人類的福音還是禁果|可燃冰

　　隨著全球氣候變暖以及常規(guī)的化石能源日益走向枯竭，人類開(kāi)始積極尋求后石油時(shí)代的能源替代物。 　　從目前看，主要有兩個(gè)方向，一是以風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能、生物質(zhì)能為代表的可再生能源，另外一個(gè)方向就是作為低碳能源的可燃冰。
　　可燃冰，學(xué)名天然氣水合物，是20世紀(jì)科學(xué)考察中發(fā)現(xiàn)的一種新的礦產(chǎn)資源。它是水和天然氣在高壓和低溫條件下混合產(chǎn)生的一種固態(tài)物質(zhì)，外貌極像冰雪或固體酒精，點(diǎn)火即可燃燒，被譽(yù)為“21世紀(jì)具有商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的戰(zhàn)略資源”，因?yàn)?立方米可燃冰相當(dāng)于170立方米的天然氣。估計(jì)全球儲(chǔ)量是現(xiàn)有天然氣、石油儲(chǔ)量的兩倍，被認(rèn)為是本世紀(jì)能夠解決人類能源危機(jī)的最具開(kāi)發(fā)前景的新型能源。
　　也許，地下的可燃冰是大自然給人類最后的天然能源。然而專家提出擔(dān)憂，開(kāi)采可燃冰有可能是大自然給人類的一個(gè)陷阱。這是由于開(kāi)發(fā)可燃冰容易引發(fā)溫室效應(yīng)、海底滑坡以及破壞海洋生態(tài)平衡等，而在陸地開(kāi)采可燃冰同樣存在包括破壞環(huán)境等問(wèn)題。
　　所以，在沒(méi)有解決開(kāi)發(fā)可燃冰給自然界環(huán)境的影響問(wèn)題之前，還不能像常規(guī)一次性礦產(chǎn)資源那樣大量開(kāi)采可燃冰。事實(shí)上，目前全世界對(duì)可燃冰的研究大都只處于調(diào)查評(píng)價(jià)研究階段。
　　
　　巨大的儲(chǔ)量
　　
　　一般認(rèn)為，可燃冰的形成有三個(gè)基本條件：首先，溫度不能太高，零度以上，0－10℃為宜，最高限是20℃左右，再高就會(huì)分解-第二，壓力要夠。但也不能太大，零度時(shí)，30個(gè)大氣壓以上它就可能生成。第三，地底要有氣源。因?yàn)樵陉懙刂挥心切┯谰脙鐾翆硬啪邆湫纬蓷l件和使之保持穩(wěn)定的固態(tài)，而海洋深層300-500米的沉積物中都可能具備這樣的低溫高壓條件。
　　研究結(jié)果表明，海洋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，就會(huì)形成水合物�？茖W(xué)家估計(jì)，海底可燃冰分布的范圍約占海洋總面積的10％，相當(dāng)于4000萬(wàn)平方公里，是迄今為止海底最具價(jià)值的礦產(chǎn)資源，足夠人類使用1000年。
　　而陸地上的可燃冰都在永久凍土帶，其成礦機(jī)理大致是：煤層氣向上溢散，而上面有凍土層的覆蓋，煤層氣和水在高壓、低溫的條件下形成可燃冰，其組分除了甲烷，還有少量乙烷、丙烷等氣體。
　　可燃冰在世界范圍內(nèi)分布廣泛，資源量大，據(jù)測(cè)算，全球甲烷水合物的資源量是常規(guī)天然氣的50倍，這種新型能源一旦得到開(kāi)采，將使人類的燃料使用史延長(zhǎng)幾個(gè)世紀(jì)。
　　據(jù)推算，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的石油儲(chǔ)備雖還可用40年，天然氣還可用70年，煤炭還可用190年，可燃冰的發(fā)現(xiàn)，讓陷入能源危機(jī)的人類看到新希望。
　　目前，以美國(guó)為首的深海鉆探計(jì)劃(DSDP)及其后續(xù)的大洋鉆探計(jì)劃(0DP)，相繼在中美洲海溝陸坡、太平洋秘魯海溝陸坡、大西洋布萊克洋脊、墨西哥灣、加利福尼亞北部海域、北海、日本近海、北大西洋的斯瓦爾巴爾特陸坡、尼日利亞近海等地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物。
　　
　　各國(guó)的努力
　　
　　早在19世紀(jì)30年代，可燃冰即進(jìn)入人類視野――1965年，前蘇聯(lián)首次在西西伯利亞永久凍土帶發(fā)現(xiàn)可燃冰礦藏，并引起多國(guó)政府關(guān)注。
　　美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、德國(guó)、加拿大、日本、印度、韓國(guó)、巴西等都從能源儲(chǔ)備戰(zhàn)略角度重視天然氣水合物的調(diào)查研究工作。它們將此作為政府行為，投入巨資，相繼開(kāi)展了本國(guó)專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)和國(guó)際海底區(qū)域內(nèi)的調(diào)查研究和資源評(píng)價(jià)。美國(guó)、日本、加拿大、印度等國(guó)已制定了勘探和開(kāi)發(fā)天然氣水合物的國(guó)家計(jì)劃。
　　隨著常規(guī)能源的日益減少和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為一種巨大的能源儲(chǔ)備，可燃冰必將發(fā)揮重要作用，并且誰(shuí)主導(dǎo)了可燃冰，誰(shuí)就將主導(dǎo)下一代能源。
　　具體而言，日本現(xiàn)已基本完成了周邊海域可燃冰的調(diào)查與評(píng)價(jià)，鉆探了7口探井，圈定了12塊礦集區(qū)，并成功取得可燃冰樣本。由于能源匱乏，日本1992年開(kāi)始重視海洋可燃冰，1995年投入150億日元制定了5年期“甲烷水合物研究及開(kāi)發(fā)推進(jìn)初步計(jì)劃”，計(jì)劃于2010年進(jìn)行試生產(chǎn)。
　　美國(guó)是開(kāi)展海洋可燃冰調(diào)查最早的國(guó)家，1991年美國(guó)投入800萬(wàn)美元制定了可燃冰10年研究計(jì)劃，1999年又計(jì)劃投入2億美元制定“國(guó)家甲烷水合物多年研究和開(kāi)發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃”，計(jì)劃2010年投入試生產(chǎn)，2020年投入商業(yè)生產(chǎn)。
　　早在2002年，我國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)海域和陸域可燃冰的研究和勘探，迄今已經(jīng)持續(xù)了整整8年。2007年，在南海發(fā)現(xiàn)了可燃冰，儲(chǔ)量約為185億噸油當(dāng)量。而陸域主要是在永久凍土區(qū)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)查和勘探。
　　2008－2009年，由青海煤炭地質(zhì)105勘探隊(duì)和中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院資源所、勘探所共同合作承擔(dān)的《青藏高原凍土帶天然氣水合物調(diào)查評(píng)價(jià)》項(xiàng)目，在青海省祁連山南緣永久凍土帶成功鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品，使我國(guó)成為世界上第一次在中低緯度凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的國(guó)家，也是繼加拿大1992年在北美麥肯齊三角洲、美國(guó)2007年在阿拉斯加北坡通過(guò)國(guó)家計(jì)劃鉆探發(fā)現(xiàn)天然氣水合物之后，在陸域通過(guò)鉆探獲得天然氣水合物樣品的第三個(gè)國(guó)家。
　　青海能夠成為我國(guó)陸域可燃冰的首個(gè)“現(xiàn)身地”，國(guó)土資源部總工程師張洪濤博士說(shuō)有幾個(gè)原因。首先，青海有著面積廣、厚度深的凍土帶資源，為可燃冰的存在提供了地質(zhì)條件-其次，因?yàn)榧淄槭强扇急�的主要成分，因此可燃冰發(fā)現(xiàn)的地方一般都存在油氣資源，而青海木里有著豐富的煤礦資源，為可燃冰的形成提供了可能的油氣來(lái)源。
　　國(guó)土資源部總工程師張洪濤表示，在永久凍土區(qū)成功獲取可燃冰，對(duì)于我國(guó)未來(lái)的能源接續(xù)利用格外重要。在凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)這一潛在資源，將極大地開(kāi)拓人類尋找新資源的視野，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供新型能源。張洪濤說(shuō)可燃冰作為“后石油時(shí)代”的重要替代能源，此次發(fā)現(xiàn)的意義可同當(dāng)年發(fā)現(xiàn)大慶油田相比，是新時(shí)代地質(zhì)工作者劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。
　　我國(guó)是世界第三凍土大國(guó)，凍土區(qū)總面積達(dá)215萬(wàn)平方公里，具備良好的天然氣水合物賦存條件和資源前景。據(jù)科學(xué)家初步估算，遠(yuǎn)景資源量至少有350億噸油當(dāng)量，可供中國(guó)使用近90年，而青海省的儲(chǔ)量約占其中的1／4。
　　同時(shí)，可燃冰在青海的發(fā)現(xiàn)，會(huì)給大興安嶺、青藏高原凍土帶的可燃冰勘查帶來(lái)示范意義。青藏高原凍土帶燃?xì)馑�合物調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一――中國(guó)煤炭地質(zhì)總局青海煤炭地質(zhì)105隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、總工程師文懷軍說(shuō)，可燃冰在青海的發(fā)現(xiàn)，為我國(guó)增加了一個(gè)重要的新礦種，對(duì)我國(guó)戰(zhàn)略能源意義重大。
　　文懷軍說(shuō)，青海木里煤田含可燃冰巖層段埋藏淺，只有130－300多米，這為可燃冰開(kāi)采帶來(lái)很大有利條件。并且這里的凍土層較薄，只有80－120米，也為將 來(lái)的工程和科研帶來(lái)極大便利�！翱扇急�的開(kāi)發(fā)有望在這里取得突破�！�
　　開(kāi)采的難度
　　在沒(méi)有解決開(kāi)發(fā)天然氣水合物對(duì)自然界環(huán)境的影響問(wèn)題之前，天然氣水合物還不能像常規(guī)一次性礦產(chǎn)資源那樣大量開(kāi)采。
　　可燃冰的開(kāi)采方案主要有三種：一是熱解法。利用可燃冰在加溫時(shí)分解的特性，使其由固態(tài)分解出甲烷蒸汽。但此方法不好收集。海底的多孔介質(zhì)不是集中為“一片”，也不是一大塊巖石，而是較為均勻地遍布著。如何布設(shè)管道并高效收集是急于解決的問(wèn)題；二是降壓法。有科學(xué)家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應(yīng)使其分解。但它們都面臨著和熱解法同樣布設(shè)管道并高效收集的問(wèn)題；三是“置換法”。研究證實(shí)，將二氧化碳液化，注入到1500米以下的洋面，就會(huì)生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就會(huì)沉入海底。如果將二氧化碳注射入海底的甲烷水合物儲(chǔ)層，因二氧化碳較之甲烷易于形成水合物，因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子“擠走”，從而將其置換出來(lái)。
　　但如果可燃冰在開(kāi)采中發(fā)生泄露，大量甲烷氣體分解出來(lái)，經(jīng)由海水進(jìn)入大氣層。甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳要大21倍，因此一旦這種泄露得不到控制，全球溫室效應(yīng)將迅速增大，大氣升溫后，海水溫度也將隨之升高、地層溫度上升，這會(huì)造成海底的可燃冰的自動(dòng)分解，引起惡性循環(huán)。因此，開(kāi)采必須要受控，使釋放出的甲烷氣體都能被有效收集起來(lái)。
　　可燃冰的物質(zhì)形態(tài)和儲(chǔ)藏地域都極其特殊，對(duì)開(kāi)發(fā)技術(shù)的要求甚高。國(guó)土資源部總工程師張洪濤曾表示，從地下開(kāi)采1立方米的可燃冰，將在地下形成164立方米左右的壓力空缺，對(duì)環(huán)境的影響極大，而青藏高原地區(qū)是生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一。
　　至于海底可燃冰的開(kāi)采，最大的難度在于防止海底壓力驟減后破壞海底環(huán)境并可能引發(fā)海嘯。
　　迄今為止，還沒(méi)有一項(xiàng)技術(shù)能使可燃冰大規(guī)模的從海底轉(zhuǎn)移到陸地上，將其保存。另有一種爭(zhēng)議認(rèn)為，集中地大量地開(kāi)采可燃冰，可能會(huì)造成大陸架動(dòng)蕩甚至海床塌方。這和泥石流是一樣的道理，泥土里的水在冬天凝結(jié)成冰，春天到來(lái)時(shí)，如果冰融化的速度超過(guò)了水蒸發(fā)的速度，土地就會(huì)崩塌。
　　已有證據(jù)顯示，過(guò)去甲烷氣體的大規(guī)模自然釋放，在某種程度上導(dǎo)致了地球氣候急劇變化。8000年前在北歐造成浩劫的大海嘯，也極有可能是由于這種氣體大量釋放所致。
　　此外，陸緣海邊的可燃冰開(kāi)采起來(lái)十分困難，一旦出了井噴事故，就會(huì)造成海嘯、海底滑坡、海水毒化等災(zāi)害。經(jīng)調(diào)查研究證明，在美國(guó)大西洋大陸邊緣發(fā)生的多次滑坡幾乎都與可燃冰礦層的斷裂有關(guān)。
　　多數(shù)科學(xué)工作者認(rèn)為，可燃冰的開(kāi)采，如果按照科學(xué)規(guī)律辦事，應(yīng)該不會(huì)對(duì)環(huán)境造成大的方面的影響。原因有兩點(diǎn)：首先，隨著科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，人類是能夠找到安全、高效的開(kāi)采方法的，是能夠最大限度地避免其負(fù)面影響的；其次，迄今已經(jīng)進(jìn)行的試開(kāi)采，未對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響，更沒(méi)有發(fā)生災(zāi)害。
　　那么，作為替代能源的可燃冰何時(shí)能夠被人類用上?上述科學(xué)工作者認(rèn)為，從技術(shù)上講，在2015年進(jìn)行開(kāi)采是可能的，但是由于開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、世界能源需求等多方面的影響，在今后30年內(nèi)，可燃冰還不大可能替代傳統(tǒng)能源。

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