“可燃冰”將成為本世紀(jì)的一種主要能源,但開采成本很高,。
談到能源,人們立即想到的是能燃燒的煤,、石油或天然氣,很少會聯(lián)想到晶瑩剔透的“冰”,。然而,自20世紀(jì)60年代以來,人類陸續(xù)在凍土帶和海洋深處發(fā)現(xiàn)了一種可以燃燒的,、白色的,、外形像冰的固體物質(zhì),這就是可作為優(yōu)質(zhì)能源的“可燃冰”,。這種“可燃冰”在地質(zhì)上被稱為天然氣水合物(Natural Gas Hydrate,簡稱Gas Hydrate),主要由水分子和烴類氣體分子(主要是甲烷)組成,所以也稱它為甲烷水合物,又稱“籠形包合物”(Clathrate),分子結(jié)構(gòu)式為:CH4•8H2O,。
研究發(fā)現(xiàn),“可燃冰”是在一定條件(合適的溫度,、壓力、氣體飽和度,、水的鹽度,、PH值等)下,由氣體或揮發(fā)性液體與水相互作用過程中形成的白色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)。 一旦溫度升高或壓強(qiáng)降低,甲烷氣則會逸出,固體水合物便趨于崩解 (1立方米可燃冰可在常溫常壓下可釋放164立方米天然氣及0.8立方米淡水),所以固體狀的天然氣水合物往往分布于水深大于 300 米的海底沉積物中或寒冷的永久凍土中,。
科學(xué)家估計,海底“可燃冰”的分布范圍約占海洋總面積的10%,約4000萬平方公里,是迄今為止海底最具價值的礦產(chǎn)資源,可供人類使用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:煤層氣向上逸散,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,。
美國地質(zhì)調(diào)查局經(jīng)過多年調(diào)查研究認(rèn)為,“可燃冰”將成為本世紀(jì)的一種主要能源,是能源的“一個新領(lǐng)域”,。按保守估計,全世界以天然氣水合物形式存在的碳的總量是地球上已知化石燃料(包括煤)中碳含量的2倍。
如此儲量巨大的“可燃冰”卻也存在致命的缺點(diǎn),那就是開發(fā)不當(dāng)可能引發(fā)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害,。因此世界各國均采取了謹(jǐn)慎的態(tài)度和明智的做法——在沒有找到理想的開采方法解決其對自然界環(huán)境的影響之前,不能像常規(guī)一次性礦產(chǎn)資源那樣大量開采“可燃冰”,。
“可燃冰”的開采方法主要有三種:一是熱解法,二是降壓法,三是置換法。前兩種方法無非是通過破壞可燃冰的存在條件而使其脫離固態(tài)而變成氣態(tài)以便收集,。第三種則是用二氧化碳置換出“可燃冰”里的天然氣,。
筆者認(rèn)為最有潛力且有“一石二鳥”之功效的當(dāng)屬“二氧化碳置換開采法”。這個計劃“看上去很美”:既能生產(chǎn)燃料又能封存溫室氣體至冰冷的大洋底部,。它克服了“可燃冰”利用中的瓶頸,消除了氣候變化的威脅,。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)給“可燃冰”晶狀體的壓強(qiáng)加到很大時,二氧化碳就能滲入晶體中,也就是說它填充了甲烷提取后形成的空洞,同時將甲烷“擠出”。這樣二氧化碳被鎖在了水形成的“牢籠”中,。令人吃驚的是,研究發(fā)現(xiàn)一份甲烷水合物分解后在冰層中形成的空白可以容納5份二氧化碳水合物,。這一發(fā)現(xiàn)使得置換法更具吸引力,然而這項技術(shù)趨于完善還有很長的路要走,。
就人類目前的技術(shù),開采“可燃冰”主要面臨三個難題。首先,可能導(dǎo)致大量溫室氣體排放污染環(huán)境,。“可燃冰”中甲烷的總量大致是大氣中甲烷數(shù)量的3000倍,。作為溫室氣體,甲烷比二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)要大得多。“可燃冰”非常不穩(wěn)定,在常溫和常壓環(huán)境下極易分解,。這些冰球一旦從海底升到海面就會砰然而逝,最后變成一攤水,。學(xué)者認(rèn)為,“可燃冰”礦藏哪怕受到最小的破壞,甚至是自然的破壞,都足以導(dǎo)致甲烷氣的大量散失。而這種氣體進(jìn)入大氣,無疑會增加溫室效應(yīng),進(jìn)而使地球升溫更快,。
其次,特殊的存在條件極有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,。日益增多的研究成果表明,由自然或人為因素所引起的溫壓變化,均可使水合物分解,造成海底滑坡、生物滅亡和氣候變暖等環(huán)境災(zāi)害,。美國地質(zhì)調(diào)查所的調(diào)查表明,“可燃冰”能導(dǎo)致大陸斜坡上發(fā)生滑坡,這對各種海底設(shè)施是一種極大的威脅,。由此可見,“可燃冰”作為未來新能源的同時也是一種危險的能源。
另外,目前技術(shù)條件下開采成本過于高昂,。“可燃冰”開采的最大難點(diǎn)是保證井底穩(wěn)定,使甲烷氣不泄漏,、不引發(fā)溫室效應(yīng)。但世界上還沒有任何一個國家能對“可燃冰”進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)開采,。從各國進(jìn)行的試驗性開采看,這些方法要么技術(shù)復(fù)雜,、成本高昂,要么推廣價值不大,不適合大規(guī)模作業(yè)。
2009年9月25日,在國土資源部的一場新聞發(fā)布會上宣布了一條特大新聞:在中國青海祁連山(600720,股吧)南緣永久凍土帶成功鉆獲天然氣水合物!這一成功鉆獲,證明我國凍土區(qū)存在豐富的天然氣水合物資源,對認(rèn)識天然氣水合物成藏規(guī)律,、尋找新能源具有重大意義,。國土資源部總工程師、中國地質(zhì)調(diào)查局副局長張洪濤說:“我國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)物樣品的意義,不亞于發(fā)現(xiàn)大慶油田,。”有人估算,青海蘊(yùn)藏的“可燃冰”遠(yuǎn)景資源量至少有350億噸油當(dāng)量,。
