易探难采可燃冰

不久前，来自日本的消息触动了公众的神经——日本的勘探机构成功地从近海海底的可燃冰中提取了甲烷气体，这标志着日本对可燃冰进行商业开发的关键一步。

易燃冰在当时是一种常见的能源“新贵”，它有什么家族渊源吗？“近海海底”一词是否意味着它靠近人类？它能像一把“倚天利剑”一样，一旦出鞘就切断许多能源吗？这些问题的答案取决于专业人士在深海海底“感受脉搏”。

20世纪60年代，苏联研究人员在西伯利亚发现了一个奇怪的天然气田。在传统地下气田上方的永久冻土中，有一种可以燃烧的冰。这是人类第一次在自然界发现可燃冰资源。当然，这种物质不是纯冰，而是当甲烷和乙烷等小天然气分子被固定在由水分子组成的晶体笼中时形成的天然气水合物。当环境压力高时，笼状结构可以在0摄氏度以上形成。

固体可燃冰含有近200倍的天然气。如果可燃冰可以固态开采，将为天然气的长距离运输提供一个新的思路。许多天然气资源远离市场，因此运输天然气通常不方便，这需要大量资金来铺设管道，或者在低温和高压条件下液化天然气，并由昂贵的专用船只运输，这也需要在产地附近的大量基础设施。然而，可燃冰的能量密度增加了近200倍，运输更加方便。即使开采后很难使可燃冰保持固态，但它所含的天然气也是一种重要的化石能源。

美国立即对这一发现表现出兴趣，开始在其极地苔原上寻找可燃冰，并很快在阿拉斯加发现了大量可燃冰。然而，此后的详细调查显示，海底有更多的可燃冰资源。世界上有永久冻土的国家数量非常有限，但是有许多国家控制着海洋边界。这一发现立即引起了许多国家的注意。加拿大、日本、印度等国立即开始了探索和研究。进入新千年后，中国积极加入了这一行列。它不仅在青藏高原多年冻土中发现了丰富的可燃冰资源，而且在南海北部也发现了高级可燃冰。它组织专业人员开展采矿和应用研究。它计划在2020年测试采矿，并在2030年后开始商业采矿。

[资料来源:*]美国地址调查局公布的已确认和推定的甲烷冰沉积大陆架海域

蔺源县撤退形成一个网。与陆地相比，海底是更适合产生可燃冰的巨大温床。可燃冰的形成需要甲烷、水、适当的温度和压力的共同作用。海洋生物资源丰富。在数十亿年的历史中，无数的生物死在海底。这些生物逐渐被沉积层中的微生物分解，并在一定条件下释放甲烷。深海的温度全年在2到4摄氏度之间，压力相当于几十甚至几百个大气压。同时，这里有丰富的水，这正好符合可燃冰的形成条件。海洋学领域众所周知的数据表明，海底可燃冰资源的分布非常广泛。即使保守估计，海底可燃冰的总量也超过了目前已知的常规石油、煤炭和天然气资源的总量。当传统化石能源逐渐枯竭，新发现的储量少于开采量，人们逐渐转向非传统化石能源等替代能源时，海底可燃冰资源不可低估。

可燃冰的形成条件相对苛刻，因此只要破坏一些形成条件，可燃冰中的甲烷就有可能被释放出来。对此，研究人员主要提出了三种开采思路:减压、升温和添加其他化学品。减压方法是通过钻井直接释放可燃冰储层的压力，使可燃冰分解，气体通过管道收集。热水可以通过加热的方法注入井内，使可燃冰分解并释放出甲烷；还可以加入盐和酒精等化学试剂来破坏可燃冰的形成条件。这种方法长期以来被人们用来消除天然气输送管道中凝结的可燃冰。其他人认为，固定在水分子笼中的甲烷可以通过化学置换反应与二氧化碳“交换”，人类排放的二氧化碳可以在开采天然气时储存起来。

有多种方案，不同的方法对应不同的资源地质条件。然而，这些方法绝大多数仍处于模拟阶段，很少在实践中应用。在这方面，资源短缺、海洋边界丰富的日本走在前列。2012年，日本率先尝试利用减压方法开发距离爱知县安住半岛70公里、深达1000米的海底。2013年3月，日本宣布成功从海底可燃冰层中提取甲烷气体，并宣布5年后可以进行商业开采。这一消息立即引起了能源部门的关注。一些媒体将其与页岩气开采的重要性相提并论，以扭转美国国内市场天然气的供需关系。一些分析师甚至认为其意义更加深远。

开采可燃冰面临许多技术难题。由于地层条件的限制，海底可燃冰资源全部分布在水深至少几百米、埋深几百米的沉积物下。海底温度、压力、海水腐蚀等都是需要克服的技术问题。特别是储量丰富、富集程度适当的海底可燃冰资源大多位于大陆架边缘向深海过渡的地方，给采矿设施的安装、运行和管道铺设带来了诸多麻烦。为了解决这些问题，有必要通过长期的工业实践积累经验，逐步找到降低开采成本、节约可燃冰开采的途径。

因此，除了采矿以外，天气和地质问题可能会更加棘手。进入工业时代以来，化石能源的大量使用导致了大量的二氧化碳排放，相关的气候变化已经开始影响人类生活。甲烷是可燃冰中的主要有用成分。如果极限是100年，地球大气中甲烷的温室效应比二氧化碳强20倍。例如，人类开采可燃冰造成的甲烷泄漏将明显加剧日益严重的气候变化问题。

事实上，自然界中许多甲烷泄漏是由可燃冰的分解造成的。与常规天然气甚至页岩气资源不同，包裹可燃冰的地下地层并不十分致密，而且有许多空隙，气体可能通过这些空隙泄漏和释放。在此之前，一些研究人员发现气候变化导致的永久冻土融化导致了可燃冰的分解和甲烷的“释放”。地质史上也有许多可燃冰快速分解的例子。

另一个担忧看起来更直观。一些研究人员推测，海底沉积层中的可燃冰对沉积层的稳定性起着重要作用。可燃冰长期以来一直是海底结构的一部分，有些甚至起到骨架支撑的作用。如果开采起关键支撑作用的可燃冰，可能会导致海底结构的破坏并引发地震。同时，海底结构的破坏可能导致周围区域的可燃冰不稳定，导致大量甲烷释放。

这不是耸人听闻的。大约8000年前，挪威附近的海底沉积物发生了大规模的移动。大面积的沉积物从大陆架边缘滑向海底，移动距离为800公里。这场巨大的海底地震可能会引发高达25米的海啸。这一事件可能是由可燃冰的大量分解和海底结构的破坏造成的。现有证据表明，类似的史前地质事件可能发生在阿拉斯加。

没有人愿意为开采可燃冰承担如此大的风险。人们必须充分了解待开采可燃冰附近的地质结构，采取足够的措施，并确保在开始大规模商业开采可燃冰之前避免类似的剧烈变化。

开发可燃冰的必要性也是一个重要问题。可燃冰仍然是化石能源。即使它能保证在开采过程中没有甲烷泄漏，仍然存在燃烧可燃冰后二氧化碳排放等问题。目前，由于可经济发展的可再生能源总量仍然有限，化石能源的主导地位仍然难以动摇，天然气这种化石能源比煤炭更清洁，至少在未来20至30年内将成为替代煤炭的主要力量。然而，如果与可燃冰的大规模开发相关的问题长期得不到解决，并且其商业应用将被延迟40至50年甚至更长时间，那么当化石能源走到尽头时，可燃冰可能不会出现在最后一列火车上。