超級能源
——可燃冰的開采

江西 汪艷英

超級能源
——可燃冰的開采

江西 汪艷英

2017年 5月18日，國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局在南海宣布：“中國正在南海北部神狐海域進(jìn)行的可燃冰——又稱天然氣水合物試采，實(shí)現(xiàn)連續(xù)超過8天的穩(wěn)定產(chǎn)氣。這標(biāo)志著中國成為全球第一個實(shí)現(xiàn)了在海域可燃冰試開采中獲得連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國家?！?/p>

一、可燃冰的定義和分布

可燃冰也叫天然氣水合物，主要成分是甲烷與水分子，是天然氣和水在低溫、高壓條件下形成的一種白色或灰色固體結(jié)晶物質(zhì)，這時候如果有火源，它就可以像固體酒精一樣被點(diǎn)燃，因其形似冰塊，故稱為可燃冰。可燃冰分布在深海沉積物或陸域永久凍土中，可燃冰主要分布在我國青海地區(qū)，該地區(qū)儲量相當(dāng)于350億噸石油；青藏高原地區(qū)尚未全部探明，該地區(qū)預(yù)計儲量更大；南海地區(qū)儲量相當(dāng)于680億噸石油，相當(dāng)于中國陸上油氣總量的1/2。

二、可燃冰的優(yōu)勢

可燃冰具有清潔無污染、燃燒值高、能量大等優(yōu)勢?？扇急?，體積小，卻蘊(yùn)含大量的能量，1立方米的可燃冰可以釋放出164立方米的天然氣和0.8立方米的水；而且非常清潔，燃燒后僅生成少量的二氧化碳和水，且二氧化硫的產(chǎn)生量比燃燒原油或煤低兩個數(shù)量級。而且，可燃冰的儲量還很高，可燃冰的儲量可能相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣儲量的2倍。

據(jù)悉，1立方米的該物質(zhì)等同于160立方米的氣態(tài)天然氣，加100升天然氣的汽車能夠行駛300千米。專家表示：如果汽車能夠加入“可燃冰”，那么理論上100升“可燃冰”可跑5萬千米，顯然，該技術(shù)完全可能使世界油氣價格“崩潰”。

天然氣水合物分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)，燃燒后僅會生成少量的二氧化碳和水，污染比煤、石油、天然氣小很多，但能量高出約10倍。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。

科學(xué)家的評估結(jié)果表明：僅在海底區(qū)域，可燃冰的分布面積就達(dá)4 000萬平方千米占地球海洋總面積的1/4。天然氣水合物儲量巨大，所含有機(jī)碳資源總量相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣總量的兩倍，被國際公認(rèn)為石油、天然氣的接替能源。與世界上其他資源儲量對比，全世界公認(rèn)的可燃冰有1 000萬億立方，可供人類使用500年，頁巖氣有187萬億立方，煤層氣有260萬億立方，天然氣常規(guī)的有430萬億立方。

我國海域天然氣水合物試采實(shí)現(xiàn)了連續(xù)8天穩(wěn)定產(chǎn)氣，平均日產(chǎn)超過1.6萬立方米，累計產(chǎn)氣超12萬立方米，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)。

這意味著我國海域天然氣水合物試開采取得了歷史性突破，搶占了天然氣水合物理論和技術(shù)的制高點(diǎn)。天然氣水合物是資源量豐富的高效清潔能源，是未來全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

三、可燃冰的劣勢

很多人要問的一個問題就是，可燃冰的前景十分誘人，為什么從2002年試驗(yàn)開采之后一直未能進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化開采？

記者綜合采訪梳理發(fā)現(xiàn)，這主要是因?yàn)榭扇急_采面臨四項(xiàng)主要挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)之一

首先，世界各國對“可燃冰”的開采仍處于研究試驗(yàn)階段，還沒有成熟完美的開采技術(shù)，但有3 種開采方案。

其一，熱解法。利用“可燃冰”在溫度升高時會自動分解的特性，通過加溫方式向可燃冰層注入熱能，使其由固態(tài)分解出甲烷氣體。這種開采方式基本上已獲得成功，但整個開采過程要對甲烷進(jìn)行兩次分離，還要消耗大量能源來加熱溫水。

其二，置換法。將化學(xué)試劑注入“可燃冰”層中，使其與可燃冰發(fā)生反應(yīng)，改變可燃冰的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，使其發(fā)生失穩(wěn)作用而進(jìn)行開采。這種方法同“熱解法”一樣，對甲烷氣體難以進(jìn)行有效的收集，布設(shè)收集管道是個難題。

其三，降壓法?！翱扇急睂酉旅嫱嬖谟坞x的天然氣，這些天然氣被抽出后便能降低礦層的壓力，使礦層中的“可燃冰”由于壓力減小而失穩(wěn)分解。

但多位業(yè)界專家分析，無論采用哪種方案，由于“可燃冰”結(jié)構(gòu)的特殊性和海底環(huán)境的復(fù)雜性，對“可燃冰”礦藏的開采都將極其困難。

挑戰(zhàn)之二

在技術(shù)難度之外，開發(fā)成本過高也是制約可燃冰開采的一個重要原因。

美國能源部的公開資料顯示，目前可燃冰開采成本平均高達(dá)每立方米200美元，即使按照1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化164立方米的天然氣來換算，其成本也在每立方米1美元以上，這遠(yuǎn)高于通過成熟技術(shù)開采常規(guī)天然氣的成本。

挑戰(zhàn)之三

制約可燃冰開采的第三個瓶頸即環(huán)境風(fēng)險，主要表現(xiàn)在兩個方面。

廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局前總工程師黃永祥對媒體介紹，可燃冰穩(wěn)定性較差，一旦汽化，“封存”它的海底沉積物會失去穩(wěn)定，不僅對海底管道、通信電纜和開采平臺以及科學(xué)儀器造成破壞，而且還有可能造成大陸架邊緣動蕩從而引發(fā)海底塌方，甚至導(dǎo)致大規(guī)模海嘯。

國務(wù)院參事、國土資源部原總工程師張洪濤分析，1單位體積的可燃冰可以分解出164單位體積的甲烷，如果是瞬間融化，和爆炸一樣，且由于可燃冰大多位于海底斜坡上，很容易導(dǎo)致海底滑坡和塌陷。

另一環(huán)境風(fēng)險為可燃冰在開采過程中可能會造成成分泄露。可燃冰成分復(fù)雜，有甲烷，二氧化碳，還有乙烷和丙烷。

據(jù)測算，全球可燃冰中蘊(yùn)含的甲烷量約是大氣圈中的3 000倍，而可燃冰分解產(chǎn)生的甲烷進(jìn)入大氣的量即使只有大氣甲烷總量的0.5%，也會明顯加速全球變暖的進(jìn)程。

挑戰(zhàn)之四

此外，可燃冰還面臨著由于油氣價格低位導(dǎo)致的研發(fā)投入不足的問題。

發(fā)改委能源所所長戴彥德解釋，盡管全球多個國家都將可燃冰視為一種戰(zhàn)略能源，但是由于當(dāng)前全球油氣價格比較低，各國在可燃冰的研發(fā)投入上動力不足，這將在一定程度上阻礙可燃冰技術(shù)研發(fā)的進(jìn)程。

四、影響

目前我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭占63% ，石油占18% ，天然氣占8% ，水電占8% ，主要以煤炭為主，會帶來大氣污染、水污染和固體廢棄物污染。可燃冰主要分布在我國青海地區(qū)，該地區(qū)儲量相當(dāng)于350億噸石油；青藏高原地區(qū)尚未全部探明，該地區(qū)預(yù)計儲量更大；南海地區(qū)儲量相當(dāng)于680億噸石油，相當(dāng)于中國陸上油氣總量的1/2。如果全部開采，將大大降低我國能源對外依存度，但這一切猜想的前提是真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采。我國實(shí)現(xiàn)可燃冰開采的計劃如下：2008年開始到2020前后我國完成勘探調(diào)研和技術(shù)準(zhǔn)備，2020前后至2030年進(jìn)行海上商業(yè)化試采，2030年至2050年開展海上大規(guī)模商業(yè)化開采。在開采可燃冰的過程中，由于可燃冰具有高能量密度，開采不當(dāng)易導(dǎo)致大量甲烷氣體瞬間釋放，因此，開采難度大，風(fēng)險大，容易引發(fā)塌陷、海底滑坡和海嘯等災(zāi)害。

【基本訓(xùn)練】

讀圖文資料，完成下列問題。

材料一 “可燃冰”是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”，其主要成分是甲烷，大多蘊(yùn)藏在全球各地的450米深的海床上?？扇急碧介_發(fā)是一個系統(tǒng)工程，涉及眾多方面，如海水狀況、海洋氣象、海洋地質(zhì)和鉆探工程等。一項(xiàng)對南海北部的勘測顯示，那里的“可燃冰”儲量達(dá)到我國陸上石油總量的一半左右，這些“可燃冰”有望在2015年進(jìn)行試開采。

材料二 我國南海北部可燃冰重點(diǎn)富集區(qū)域圖。

（1）簡析南海北部開發(fā)“可燃冰”的優(yōu)勢條件。（3分）

（2）列舉“可燃冰” 在開采過程中可能遇到的自然困難。（3分）

（3）若珠江三角洲地區(qū)大量利用“可燃冰”，分析對當(dāng)?shù)乜赡軒淼姆e極影響。（4分）

【參考答案】

（1）儲量十分豐富；海上交通便利；離經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南沿海較近，靠近市場；我國是能源消費(fèi)大國，能源缺口很大，可燃冰開發(fā)有良好的市場條件。（每點(diǎn)1分，任答3點(diǎn)，得3分）

（2）風(fēng)浪大，還可能遇到臺風(fēng)災(zāi)害；海底地質(zhì)條件復(fù)雜，開采難度大；海水深，鉆探難度大；海水具有較強(qiáng)的腐蝕性，對設(shè)備可能造成損壞。（每點(diǎn)1分，任答3點(diǎn)，得3分）

(3)緩解珠三角地區(qū)能源緊張；優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)；改善大氣質(zhì)量；帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；增加就業(yè)機(jī)會。（每點(diǎn)1分，任答4點(diǎn)，得4分）

江西省貴溪市實(shí)驗(yàn)中學(xué)）