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“可燃冰”將成為本世紀的一種主要能源,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,很少會聯想到晶瑩剔透的“冰”。然而,自20世紀60年代以來,人類陸續在凍土帶和海洋深處發現了一種可以燃燒的、白色的、外形像冰的固體物質,這就是可作為優質能源的“可燃冰”。這種“可燃冰”在地質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),分子結構式為:CH4•8H2O。

　研究發現,“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,由氣體或揮發性液體與水相互作用過程中形成的白色固態結晶物質。 一旦溫度升高或壓強降低,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。

美國地質調查局經過多年調查研究認為,“可燃冰”將成為本世紀的一種主要能源,是能源的“一個新領域”。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,那就是開發不當可能引發環境地質災害。因此世界各國均采取了謹慎的態度和明智的做法——在沒有找到理想的開采方法解決其對自然界環境的影響之前,不能像常規一次性礦產資源那樣大量開采“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而變成氣態以便收集。第三種則是用二氧化碳置換出“可燃冰”里的天然氣。

筆者認為最有潛力且有“一石二鳥”之功效的當屬“二氧化碳置換開采法”。這個計劃“看上去很美”:既能生產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。研究發現,當給“可燃冰”晶狀體的壓強加到很大時,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,研究發現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。這一發現使得置換法更具吸引力,然而這項技術趨于完善還有很長的路要走。[NextPage]

就人類目前的技術,開采“可燃冰”主要面臨三個難題。首先,可能導致大量溫室氣體排放污染環境。“可燃冰”中甲烷的總量大致是大氣中甲烷數量的3000倍。作為溫室氣體,甲烷比二氧化碳所產生的溫室效應要大得多。“可燃冰”非常不穩定,在常溫和常壓環境下極易分解。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。學者認為,“可燃冰”礦藏哪怕受到最小的破壞,甚至是自然的破壞,都足以導致甲烷氣的大量散失。而這種氣體進入大氣,無疑會增加溫室效應,進而使地球升溫更快。

其次,特殊的存在條件極有可能引發地質災害。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境災害。美國地質調查所的調查表明,“可燃冰”能導致大陸斜坡上發生滑坡,這對各種海底設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,目前技術條件下開采成本過于高昂。“可燃冰”開采的最大難點是保證井底穩定,使甲烷氣不泄漏、不引發溫室效應。但世界上還沒有任何一個國家能對“可燃冰”進行大規模商業開采。從各國進行的試驗性開采看,這些方法要么技術復雜、成本高昂,要么推廣價值不大,不適合大規模作業。

2009年9月25日,在國土資源部的一場新聞發布會上宣布了一條特大新聞:在中國青海祁連山南緣永久凍土帶成功鉆獲天然氣水合物!這一成功鉆獲,證明我國凍土區存在豐富的天然氣水合物資源,對認識天然氣水合物成藏規律、尋找新能源具有重大意義。國土資源部總工程師、中國地質調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物樣品的意義,不亞于發現大慶油田。”有人估算,青海蘊藏的“可燃冰”遠景資源量至少有350億噸油當量。

筆者認為,在陸地凍土帶只鉆了幾個孔,還屬于“一孔之見”,很難評估儲量,但青海地區、漠河地區、羌塘盆地等是陸域“可燃冰”儲藏條件最好的地區,儲量預期應該非常巨大。遺憾的是,中國研究的緊迫感仍嫌不足,資助力度也非常小。青海能夠成為我國陸域“可燃冰”的首個“現身地”有幾個原因,首先,青海有著面積廣、厚度深的凍土帶資源,為“可燃冰”的存在提供了地質條件;其次,因為甲烷是“可燃冰”的主要成分,因此“可燃冰”發現的地方一般都存在油氣資源。按此思路,筆者認為,有“可燃冰”的地方就應該有煤層氣,從而也應該有煤。

然而,相比其他國家,由于起步較晚,我國的“可燃冰”研究進程晚了10年,是一個后來者,而且還是一個實驗性開采比較落后的國家,如若不推行重大的國家行動計劃,將難以在“可燃冰”這個重要的戰略產業立于不敗之地。在今后的10-15年間,我國關于“可燃冰”研究的重點應集中在'有多少’和'怎么采’兩個問題上,主要解決調查評價和開采的技術方法。[NextPage]

人類關于“可燃冰”開采的總體技術思路已經明確,即改變它的賦存環境,或減壓力或加熱增溫或物質置換,促使天然氣水合物分解和析出。但是,不管采取哪種技術方法,都還面臨從基礎理論到技術細節等一系列問題。因此,我國今后一個時期的另一個重點就是組織跨領域跨學科的全國性科研攻關,解決“可燃冰”開采所必須面對的技術方法。在找到成熟可靠的技術方法后,也要先進行試驗性開采,待積累了充分的經驗后,再推進商業化開采。也只有這樣,才可以確保不會因“可燃冰”的開發利用而帶來重大的環境問題。

我國對“可燃冰”的開采可謂剛剛起步,技術尚處于摸索階段,而且開采前期勘探和試驗需要投入大量的財力和物力,因此,“可燃冰”的開采將需要由資金雄厚、技術先進的大型企業來介入。其中,大型國企將可能分到市場上最大的一塊“蛋糕”。業內人士認為,以中石油、中石化和中海油三大石油巨頭為主導開發“可燃冰”市場的可能性比較大。筆者進一步認為,中海油在新能源領域的魄力、其雄厚的資金實力和資深的地質專業隊伍不論在“海底”和“陸上”可燃冰領域均占有得天獨厚的先機。一旦技術“Know-how”形成,征戰世界“可燃冰”沙場的時刻將不會遙遠。

“可燃冰”勘探開發的三個原則應該是:技術切實可行,經濟有利可圖,環境不能有害。“可燃冰”本身沒有缺點,但如果利用不當,會產生一些問題,主要是環境問題,如海底滑坡、溫室效應等。對“可燃冰”利用可能存在的問題,既不能無限夸大,又要高度重視。

世界上沒有絕對完美的東西,只要我們堅持科學的態度,采用科學的方法,就一定能克服其缺點,無損環境,造福人類。在感嘆大自然巧奪天工的“能源水晶”作品的同時,人類更應當使其雕琢藝術日臻成熟。