未来能源愈行愈近

俗话说，水火不相容。然而，有这样一种冰，它不仅能燃烧，而且其热值比石油高10倍。燃烧后，它非常干净，只产生二氧化碳和水。据说它的储量可供人类使用数千年。这是可燃冰，学名是“天然气水合物”，也叫“固体甲烷”。它由被水分子包裹的甲烷占主导地位的有机分子组成。它既是水又是固体，看起来像冰，而且容易点燃。最近，国务院批准天然气水合物为中国第173种矿物。今年5月，中国海域首次试生产天然气水合物成功，实现了60天连续试点火，累计产气量30.9万立方米，平均日产气量5151立方米，甲烷含量99.5%，实现了历史性突破。神奇冰的能量密度非常高。在同样的条件下，燃烧产生的能量是煤、石油和天然气的几十倍。此外，燃烧后只会产生少量的二氧化碳和水。它是真正的绿色能源。像石油和天然气一样，可燃冰也来源于古代生物的遗骸。这些古生物遗迹的沉积物被细菌分解产生甲烷，在低温高压下形成可燃冰。产生可燃冰的温度一般在0℃到10℃之间，超过20℃可能分解。正常情况下，海底温度一般保持在2℃至4℃之间，适合可燃冰的生成。此外，可燃冰只能在0℃下的30个大气压下产生，而在海底深处的30个大气压下很容易保持。此外，气压越大，易燃冰就越不容易分解。因此，可燃冰广泛分布在深海或陆地的冻土中。目前，在南极和北极都发现了可燃冰沉积物。尽管中国不是一个极地国家，但中国此前已分别在南海和青藏高原冻土区钻探了天然气水合物样品，使中国成为世界上唯一一个在中低纬度海底和陆地冻土区拥有天然气水合物资源的国家。1778年，英国化学家帕斯特开始研究可燃冰形成的温度和压力。1934年，人们在油气管道和加工设备中发现了冰状固体堵塞现象。这些固体实际上是可燃冰。1965年，来自前苏联的科学家预测，在海底表层可能存在可燃冰。此后，大量可燃冰第一次最终在北极底部被发现。可燃冰的能量密度非常高。在同样的条件下，可燃冰燃烧的能量是煤、石油和天然气的几十倍。一立方米可燃冰分解后可以释放出164立方米的天然气。由于可燃冰是天然气和水的混合物，燃烧后只会产生少量的二氧化碳和水，是真正的绿色能源。一些专家估计，其资源相当于世界上已探明的传统化石燃料总量的两倍。中国可燃冰资源总量相当于1000亿吨石油，其*是中国可燃冰的主要分布区，储量近800亿吨。因此，毫不夸张地说，可燃冰是一种具有重大战略意义的未来能源。大国之间争夺低碳环保、储量丰富的可燃冰，已成为解决现代社会能源短缺的有效途径。它吸引了许多国家对它给予更多的关注。通过投入大量资金进行研究和追踪人类能源利用的过程，对我们理解可燃冰的价值会更有帮助。在漫长的历史过程中，人类利用木柴等生物质能获取能源。直到工业文明之后，煤的使用才使蒸汽机广泛普及。后来，石油和天然气极大地改善了人类的流动性。然而，我们必须正视这样一个事实，即石油资源的逐渐短缺是现代社会必须面对的主要挑战之一。在这种背景下，低碳、环保、丰富的可燃冰自然引起了人们的关注。因此，许多大国对此更加重视，并在这一领域投入巨资。今年5月，美国能源部下属的国家能源技术实验室宣布，它正与奥斯汀的得克萨斯大学等机构合作，对墨西哥湾深水区的可燃冰开采进行研究。长期以来，美国非常重视可燃冰的研究，并于2000年通过了《天然气水合物研究与开发法》。自那以后，美国能源部已拨款数项基金支持可燃冰研究，最近一次是在2016年9月，当时美国能源部宣布将投资380万美元支持6个新的可燃冰研究项目。奥斯汀的德克萨斯大学发起了这项钻探，是受资助的项目之一。日本经济、工业、资源和能源部也在今年5月宣布，日本石油、天然气、金属和矿产资源局已经成功地从埋藏在日本沿海海底的可燃冰中提取出甲烷。受试海域位于太平洋的爱知县和宫城县附近。据估计，该海域有1.1万亿立方米的可燃冰，约为日本天然气年消耗量的10倍。这是日本第二次开采可燃冰。2013年，日本试图开采海底可燃冰并提取甲烷，但试验仅中断了6天，因为海底沙子流入油井。第二次测试持续了12天，由于出砂问题而中断。它未能实现最初的三四周稳定生产的计划。12天的天然气产量只有35000立方米。中国地质调查局于1999年开始进行天然气水合物调查，并首次在南海西沙海槽发现天然气水合物的地球物理迹象。2007年，首次在南海深湖地区钻探天然气水合物样品。2013年，在南海北部获得了多种类型的天然气水合物样品。2015年和2016年，在南海深沪海域再次发现它们。目前，中国已在南海发现两个超过1000亿立方米的矿床，圈定了11个成矿远景区和25个有利区块。与此同时，今年5月，中国还成功地在该海域进行了首次天然气水合物试生产，创下了天然气生产持续时间和总量的世界纪录。工业化面临许多困难。可燃冰储量大，分布广，但现有海底钻井设备难以开采。任何粗心都会导致采矿失败。然而，开采可燃冰的难度也得到业界的认可。易燃冰在低温高压下密封。如果温度上升，水合物中的甲烷可能溢出。或者如果冰融化，导致压力上升，如果控制不当，可能会造成海底滑坡等地质灾害。例如，地质学家曾将8000年前的毁灭性崩塌归因于天然气水合物。当时，挪威海岸出现了高达6米的海浪。研究人员推测，海底甲烷气体的爆炸释放引发了自然灾害。一些专家说，尽管可燃冰储量大，分布广，但它形成的时间比石油和天然气晚得多。被可燃冰覆盖的海底通常是砂质的，现有的海底钻井设备难以开采。任何疏忽都会导致大量的沙子和砾石流入管道，导致采矿失败。此外，应更多地关注环境问题，如开采不当，如果水合物中的甲烷溢出，可能会造成巨大的污染。中国地质调查局基础地质调查司副司长邱海军表示，中国在南海试生产天然气水合物方面取得了许多创新。创新和发展了“地层流体萃取法”试采技术，建立了天然气水合物体系成藏和天然气水合物生产的“三相控制”理论，建立了以稳定地层为核心的试采理论和技术体系，自主开发了钻完井、储层改造、人工举升等试采关键技术。在试生产中成功解决了流砂、天然气水合物二次生成、地下气水分离和长期稳定生产等世界性难题，实现了六大技术体系中20项关键技术的自主创新，初步建立了适合中国海域天然气水合物资源特点的开发技术体系。邱海军表示，经过计算，中国海域的天然气水合物资源量约为800亿吨石油当量。通过重点区域普查，圈定了11个有利勘探区和19个成矿带，通过钻探验证圈定了2000亿立方米的矿床。然而，有关专家表示，世界上第一次试采只是长征中的关键一步，要实现工业化和商业化开采还有很长的路要走。中国地质调查局副局长王琨表示，今后将围绕加快工业化进程的目标，努力实现深沪海域试采成果的最大化。同时，继续加强天然气水合物资源调查，开展重点目标区域详查，提供2-4个大型资源基地，为推进产业化奠定资源基础。此外，将开展不同类型天然气水合物的试点生产，并优先考虑环境保护。“根据中国可燃冰研究和技术储备的现状，预计中国将在2030年左右实现可燃冰的商业化开发。”王琨说。