圖為二0一七年六(liu)月九日，我國在位(wei)于廣東珠(zhu)海市東南三百(bai)二十千米(mi)的(de)(de)南海神狐(hu)海域進行試采可燃冰的(de)(de)作業平臺。
天(tian)然氣(qi)水合物又稱“可燃冰”，是水和天(tian)然氣(qi)在高壓低溫情(qing)況下形成(cheng)的類冰狀結晶物質。 （資料(liao)圖(tu)片(pian)）
俗話說(shuo)水(shui)火不相容。但是有(you)這樣一種冰，不僅可以燃(ran)燒，其熱值還(huan)比石(shi)油多(duo)10倍，燃(ran)燒后很清潔，只(zhi)生成二氧化碳(tan)和水(shui)，儲量據稱可供人類使用千年。這就(jiu)是可燃(ran)冰，學名叫(jiao)做“天(tian)然氣水(shui)合物”，也被人稱作“固(gu)體甲(jia)烷(wan)”，是甲(jia)烷(wan)為主的有(you)機分(fen)子被水(shui)分(fen)子包(bao)裹而(er)成，既(ji)含水(shui)又呈固(gu)體，看起來(lai)像冰，很容易被點燃(ran)
近日(ri)，國務(wu)院(yuan)批準天(tian)然氣(qi)(qi)水合(he)物為我國第173個礦種。今年5月，我國首(shou)次海域天(tian)然氣(qi)(qi)水合(he)物試采成功，并實現連續試氣(qi)(qi)點火60天(tian)，累計產(chan)(chan)氣(qi)(qi)30.9萬立方米(mi)，平均日(ri)產(chan)(chan)5151立方米(mi)，甲(jia)烷含量最高達(da)99.5%，實現了歷史性突破。
神奇的(de)冰(bing)塊
可燃冰(bing)的能(neng)量密度非(fei)常高，同等(deng)條(tiao)件下(xia)燃燒(shao)產生的能(neng)量比(bi)煤、石(shi)油、天(tian)然氣要多出數十倍；并且，燃燒(shao)后(hou)僅會產生少(shao)量二(er)氧(yang)化碳和水(shui)，是(shi)真正(zheng)的綠色能(neng)源
和石油天然氣一樣，可燃(ran)冰也(ye)是來源于古生(sheng)物(wu)遺骸。這(zhe)些古生(sheng)物(wu)遺骸的沉積物(wu)通過(guo)細菌分解后產生(sheng)甲烷(wan)，在低溫和高壓的環境(jing)下(xia)形成可燃(ran)冰。
可燃冰生成的(de)溫度一般在(zai)(zai)0℃至(zhi)10℃之(zhi)(zhi)間，超過20℃就可能(neng)分解。通(tong)常情況下(xia)，海(hai)(hai)底溫度一般保(bao)持在(zai)(zai)2℃至(zhi)4℃之(zhi)(zhi)間，適宜(yi)可燃冰生成。另外，可燃冰在(zai)(zai)0℃時，只需要30個大(da)氣(qi)壓就可以生成，而(er)在(zai)(zai)海(hai)(hai)底深處，很容易保(bao)持30個大(da)氣(qi)壓。并且，氣(qi)壓越(yue)大(da)，可燃冰越(yue)不容易分解。
因(yin)此，可燃(ran)(ran)冰廣(guang)泛分(fen)布(bu)于深海(hai)或陸域(yu)的永久(jiu)凍土(tu)中(zhong)。目前，南(nan)極(ji)、北極(ji)均已發現可燃(ran)(ran)冰礦(kuang)點(dian)，中(zhong)國雖不屬(shu)于極(ji)地國家，但此前，我(wo)國已分(fen)別在南(nan)海(hai)海(hai)域(yu)和青(qing)藏高原(yuan)凍土(tu)區(qu)鉆獲天然氣(qi)水(shui)合物(wu)實物(wu)樣(yang)品，使得我(wo)國成為世(shi)界上在中(zhong)低緯度(du)地區(qu)唯一擁(yong)有海(hai)底和陸上凍土(tu)區(qu)天然氣(qi)水(shui)合物(wu)資源的國家。
1778年(nian)，英國化學家普得斯特開始研究形成可(ke)燃冰(bing)(bing)的(de)溫度和壓強。1934年(nian)，人們在(zai)油(you)氣管道和加工設(she)備中(zhong)發(fa)現冰(bing)(bing)狀固體堵塞現象，這些(xie)固體其實就是(shi)可(ke)燃冰(bing)(bing)。1965年(nian)，前蘇聯科學家預言，可(ke)燃冰(bing)(bing)可(ke)能存在(zai)海洋底部的(de)地表層(ceng)中(zhong)，此后終于在(zai)北極(ji)的(de)海底首次發(fa)現了大量可(ke)燃冰(bing)(bing)。
可燃冰的(de)能(neng)量密度非常高。同等條件下，可燃冰燃燒產生(sheng)的(de)能(neng)量比煤、石油(you)、天(tian)然氣要(yao)多出(chu)(chu)數十(shi)倍。1立方米的(de)可燃冰分解后(hou)可釋放出(chu)(chu)164立方米的(de)天(tian)然氣。
由(you)于可(ke)(ke)燃(ran)(ran)冰是(shi)天然氣(qi)和(he)水的化合物，燃(ran)(ran)燒后僅會產生少量(liang)(liang)的二氧化碳和(he)水，是(shi)真正的綠色能源。有專(zhuan)家估計，其資源量(liang)(liang)相當于全球(qiu)已探明傳統化石燃(ran)(ran)料總(zong)量(liang)(liang)的兩倍。我國(guo)(guo)可(ke)(ke)燃(ran)(ran)冰資源儲存量(liang)(liang)則相當于1000億(yi)噸(dun)石油，其中南(nan)海海域(yu)是(shi)我國(guo)(guo)可(ke)(ke)燃(ran)(ran)冰的主(zhu)要分(fen)布區，有近800億(yi)噸(dun)儲量(liang)(liang)。因此(ci)，可(ke)(ke)以毫不(bu)夸(kua)張(zhang)地(di)說，可(ke)(ke)燃(ran)(ran)冰是(shi)一種(zhong)具有重大(da)戰略意義的未(wei)來能源。
大國角逐可燃冰(bing)
可(ke)燃冰低(di)碳(tan)環保又儲量豐富，一躍成為現代社會解決能源匱(kui)乏(fa)的有效(xiao)途徑，引發多國對其青(qing)睞有加，投(tou)入巨資展開研(yan)究(jiu)
追溯人類能源利(li)用的歷(li)程(cheng)，會更有(you)助(zhu)于我們了解可燃冰的價值。
人(ren)類曾在(zai)漫長歷史進(jin)程中，通過木柴等生物(wu)質能(neng)源獲取能(neng)量(liang)。直到工業文(wen)明(ming)后(hou)，煤炭的(de)利用使蒸汽機得(de)以大面積推廣。再后(hou)來，石油天(tian)然氣推動人(ren)類的(de)行動能(neng)力得(de)以大幅提升。
但是，需正視的(de)現(xian)(xian)實(shi)是，石油(you)資源的(de)漸趨匱乏是現(xian)(xian)代社會必須面臨的(de)重大挑戰之一。
在(zai)這(zhe)樣的(de)背(bei)景下，低碳環保又儲量豐富的(de)可(ke)燃(ran)冰自然吸引(yin)了人們的(de)關(guan)注。因此，不少大國對(dui)其(qi)青睞有加，紛紛投巨資開展這(zhe)一領域研究。
今年5月(yue)，美國(guo)能源部(bu)下屬的(de)國(guo)家(jia)能源技術實驗室宣布(bu)，正(zheng)與得克薩斯大學(xue)奧斯汀(ting)分校等機構合作，在墨西哥灣(wan)深水區開展可燃冰開采研究(jiu)。
一直以(yi)來(lai)，美(mei)國都十分重視可(ke)燃冰研(yan)(yan)究，2000年(nian)(nian)曾通過《天然氣水合物研(yan)(yan)究與(yu)開發法案》。此(ci)后，美(mei)國能源(yuan)部多次撥款支(zhi)持可(ke)燃冰研(yan)(yan)究，最近一次是在2016年(nian)(nian)9月，宣布投入380萬美(mei)元支(zhi)持6個(ge)新的(de)可(ke)燃冰研(yan)(yan)究項(xiang)目。開展本次鉆探(tan)的(de)得克薩斯(si)大學奧斯(si)汀分校就是受支(zhi)持的(de)項(xiang)目方(fang)之一。
日本(ben)經濟產業省資(zi)源(yuan)能(neng)源(yuan)廳今年5月也宣布，日本(ben)石(shi)油天然(ran)氣金(jin)屬(shu)礦(kuang)物資(zi)源(yuan)機構成功從(cong)日本(ben)近(jin)(jin)海海底(di)埋藏的可燃冰(bing)中提取出(chu)甲烷。該次試(shi)驗開采海域位于(yu)愛知縣(xian)和(he)三(san)重縣(xian)附近(jin)(jin)的太平洋近(jin)(jin)海，估計該海域擁有的可燃冰(bing)儲(chu)量達1.1萬億(yi)立方(fang)米，是日本(ben)天然(ran)氣年消(xiao)費(fei)量的約10倍。
這是日本(ben)(ben)第二次開采可燃(ran)冰。2013年，日本(ben)(ben)嘗試過開采海(hai)(hai)底可燃(ran)冰并(bing)提取了甲烷，但(dan)由(you)于海(hai)(hai)底砂(sha)流入開采井(jing)，試驗僅6天就(jiu)被迫中斷。第二次試驗持續12天后也因出砂(sha)問題(ti)中斷，未(wei)能完成原計劃連(lian)續三(san)四周穩定生產的目(mu)標(biao)，12天產氣量只有3.5萬(wan)立方米。
中國(guo)地質調查局于1999年(nian)開始天(tian)然(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)水(shui)合(he)物(wu)(wu)調查，在(zai)南海西沙海槽(cao)首次(ci)發現了天(tian)然(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)水(shui)合(he)物(wu)(wu)存在(zai)的(de)(de)地球物(wu)(wu)理標志；2007年(nian)，在(zai)南海神(shen)狐(hu)海域首次(ci)鉆獲天(tian)然(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)水(shui)合(he)物(wu)(wu)實物(wu)(wu)樣品；2013年(nian)，在(zai)南海北部(bu)獲得了多類型的(de)(de)天(tian)然(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)水(shui)合(he)物(wu)(wu)樣品；2015年(nian)和2016年(nian)在(zai)南海神(shen)狐(hu)海域再次(ci)獲得發現。目前，我(wo)國(guo)已在(zai)南海發現兩個超千億立方(fang)米的(de)(de)礦藏，圈定11個成礦遠景區、25個有利區塊(kuai)。同(tong)時，今年(nian)5月我(wo)國(guo)也成功(gong)實施了海域天(tian)然(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)水(shui)合(he)物(wu)(wu)首次(ci)試采(cai)，創造了產氣(qi)時長和總量(liang)的(de)(de)世界紀錄。
產業化面臨(lin)諸(zhu)多難題
可燃冰(bing)雖然儲量大(da)、分布(bu)廣，但(dan)現有(you)(you)海底鉆井設備很難(nan)進行開采，稍(shao)有(you)(you)不慎就會導致開采失敗
但(dan)是，可(ke)燃(ran)冰(bing)開采難度之大也(ye)是業界公認。可(ke)燃(ran)冰(bing)靠(kao)低溫高壓(ya)封存，如果溫度升高，水合物中的甲烷可(ke)能溢(yi)出；或者如果冰(bing)塊消融(rong)，導致壓(ya)力回(hui)升，一旦控制不(bu)當(dang)，可(ke)能造成(cheng)海底滑坡等地質災(zai)害。
例如曾有地質學家將8000年(nian)前(qian)的(de)(de)一場毀滅(mie)性(xing)崩塌歸因于天然氣水(shui)合物(wu)。當時，挪威海(hai)岸外出(chu)現了高達6米的(de)(de)海(hai)浪。研究(jiu)人員推測，甲烷氣體在海(hai)底的(de)(de)爆(bao)炸性(xing)釋放引發了這場自然災難(nan)。
有(you)專家表示，可燃冰雖然(ran)儲量(liang)(liang)大、分布(bu)廣(guang)，但(dan)形成年代要比石油(you)、天然(ran)氣晚得(de)多，覆蓋它(ta)的海(hai)底地(di)層(ceng)普遍(bian)是砂(sha)(sha)質，現有(you)的海(hai)底鉆井設備開(kai)(kai)(kai)采很(hen)難，稍有(you)不(bu)慎就會(hui)導致大量(liang)(liang)砂(sha)(sha)石涌進管道，造成開(kai)(kai)(kai)采失(shi)敗。而且(qie)，更值得(de)關注的是環境問題，如開(kai)(kai)(kai)采不(bu)當，水合(he)物中的甲(jia)烷一旦溢出，可能造成巨大污染(ran)。
中國地質(zhi)調(diao)查局基礎地質(zhi)調(diao)查部副主(zhu)任(ren)邱海峻(jun)表示，我國此次南海天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)水(shui)合物試(shi)采(cai)(cai)實現(xian)了(le)多項創(chuang)(chuang)新，創(chuang)(chuang)新研(yan)發了(le)“地層(ceng)流體抽取法”試(shi)采(cai)(cai)技(ji)術(shu)(shu)(shu)，創(chuang)(chuang)建了(le)天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)水(shui)合物系(xi)統成(cheng)藏(zang)和天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)水(shui)合物“三相控制”開采(cai)(cai)理(li)(li)論(lun)，建立以穩定(ding)地層(ceng)為核心的(de)試(shi)采(cai)(cai)理(li)(li)論(lun)技(ji)術(shu)(shu)(shu)體系(xi)，自主(zhu)研(yan)發了(le)鉆完井、儲層(ceng)改造、人工舉升等試(shi)采(cai)(cai)關(guan)鍵技(ji)術(shu)(shu)(shu)，成(cheng)功解決了(le)試(shi)采(cai)(cai)的(de)砂層(ceng)流動、天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)水(shui)合物二(er)次生(sheng)成(cheng)、井下氣(qi)(qi)(qi)水(shui)分離(li)和長期穩定(ding)生(sheng)產(chan)等世界性難題，實現(xian)了(le)六大技(ji)術(shu)(shu)(shu)體系(xi)20項關(guan)鍵技(ji)術(shu)(shu)(shu)自主(zhu)創(chuang)(chuang)新，初步(bu)建立了(le)適合我國海域(yu)天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)水(shui)合物資源特點(dian)的(de)開發技(ji)術(shu)(shu)(shu)體系(xi)。
邱海峻表示，經(jing)測算，我國(guo)海域天然氣水合(he)物資源(yuan)量(liang)約800億噸油當(dang)量(liang)。通過重點地區(qu)普查，已(yi)經(jing)圈(quan)定11個有利遠(yuan)景區(qu)，19個成(cheng)礦區(qu)帶，并經(jing)過鉆探驗證圈(quan)定了兩個千(qian)億立方米級(ji)礦藏。
不(bu)過，有關專家表示，此次我(wo)國(guo)在全球范圍內(nei)實現(xian)首次試開(kai)采，僅(jin)是萬里長征(zheng)邁出關鍵性一步，未來(lai)要實現(xian)產業(ye)化和商(shang)業(ye)化開(kai)采，仍有長路要走。
中國(guo)地質調查局副局長王昆表示，今后(hou)將(jiang)圍(wei)繞加(jia)快推(tui)進產業(ye)(ye)化(hua)進程的目標，爭(zheng)取神狐(hu)海域(yu)試(shi)采(cai)成果最大(da)化(hua)；同時，繼續加(jia)大(da)天然氣(qi)水(shui)合物資(zi)源調查力度，開(kai)展(zhan)重(zhong)點目標區的詳查，提(ti)供2至4個大(da)型資(zi)源基(ji)地，為推(tui)進產業(ye)(ye)化(hua)奠定資(zi)源基(ji)礎；此(ci)外(wai)，將(jiang)開(kai)展(zhan)不(bu)同類型天然氣(qi)水(shui)合物試(shi)采(cai)，把加(jia)強環境(jing)保護放在突出位置。
“基于中(zhong)國可燃(ran)冰調查研究和技術儲備的(de)現狀(zhuang)，預計我國在2030年左(zuo)右有望實現可燃(ran)冰的(de)商業化開采。”王昆表示(shi)。
