日前，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省宣布，已成功從日本近海地層蘊(yùn)藏的天然氣水合物(俗稱“可燃冰”)中分離出甲烷氣體——這是全球首次通過在海底分解“可燃冰”取得天然氣，標(biāo)志著日本在可燃冰開采的商業(yè)化進(jìn)程中邁出“關(guān)鍵一步”。
1 特殊環(huán)境中儲(chǔ)藏的新型能源
以往人們談到能源，首先想到的是能燃燒的煤、石油或天然氣。然而，自20世紀(jì)60年代以來，人們陸續(xù)在陸地凍土帶和海洋深處發(fā)現(xiàn)了一種可以燃燒的“冰”。這種“可燃冰”在地質(zhì)上稱之為天然氣水合物，其結(jié)構(gòu)是由8個(gè)水分子包一個(gè)甲烷分子組成，分子結(jié)構(gòu)式為：CH4·8H2O。
可燃冰是一種白色固體物質(zhì)，外形像冰，有極強(qiáng)的燃燒力，由于幾乎沒有雜質(zhì)，可作為上等能源。由于它主要由水分子和甲烷組成，所以也稱它為甲烷水合物。1立方米可燃冰可以釋放出164立方米的天然氣，這是地球留給人類的一筆巨大能源財(cái)富。
可燃冰是在一定的溫度、壓力、氣體飽和度下形成的白色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)。一旦溫度升高或壓強(qiáng)降低，甲烷氣則會(huì)逸出，可燃冰便趨于分解。所以，固體狀的可燃冰往往分布于水深大于300米的海底，或者海底以下大于1000米的沉積物中，此外還分布在寒冷的陸地永久凍土中。
2 儲(chǔ)量遠(yuǎn)超煤、石油和天然氣總和
能源危機(jī)讓人們憂心忡忡，而可燃冰就像是上天賜予人類的珍寶，它年復(fù)一年地積累，形成延伸數(shù)千乃至數(shù)萬里的礦床。現(xiàn)在探明的可燃冰儲(chǔ)量，就比全世界煤炭、石油和天然氣加起來的儲(chǔ)量還要多許多倍。
科學(xué)家的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，僅在海底區(qū)域，可燃冰的分布面積就達(dá)4000萬平方公里，占地球海洋總面積的1/4。目前，世界上已發(fā)現(xiàn)的可燃冰分布區(qū)超過100處，并且不斷有新的可燃冰礦區(qū)被發(fā)現(xiàn)，其礦層之厚、規(guī)模之大，是常規(guī)天然氣田無法相比的。
可燃冰中的甲烷含氫，燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤炭的一半，可有效減少地球溫室效應(yīng)，被稱為“21世紀(jì)能源”。據(jù)估算，海洋里的可燃冰的資源量是陸地上的 100倍以上。據(jù)最保守的統(tǒng)計(jì)，全世界海底的可燃冰中貯存的甲烷總量約為1.8億立方米，約合1.1萬億噸，夠人類使用1000年以上。
3 世界各國競相開發(fā)可燃冰
1960年，前蘇聯(lián)在西伯利亞發(fā)現(xiàn)了可燃冰，并于1969年投入開發(fā);美國于1969年開始實(shí)施可燃冰調(diào)查，1998年把可燃冰作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入國家級(jí)長遠(yuǎn)計(jì)劃;日本開始關(guān)注可燃冰是在1992年。
2000年開始，可燃冰的研究與勘探進(jìn)入高峰期，世界上至少有30多個(gè)國家和地區(qū)參與其中。其中美國每年用于可燃冰研究的財(cái)政撥款達(dá)上千萬美元。
日本能源缺乏，福島核事故后，日本大多數(shù)核電站處于停運(yùn)狀態(tài)，致使火力發(fā)電所需液化天然氣進(jìn)口量大增，能源短缺十分突出。故日本對(duì)可燃冰的開發(fā)十分熱衷，開發(fā)試驗(yàn)步伐也比較快。據(jù)介紹，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省曾于2001年7月發(fā)布了一個(gè)為期18年的“可燃冰開發(fā)計(jì)劃”，第一階段已于2008年結(jié)束，主要是確認(rèn)相關(guān)海域蘊(yùn)藏量。2009年至今正處于第二階段，主要目標(biāo)是進(jìn)行開采試驗(yàn)，從而為2016年至2018年第三階段的商業(yè)化開采進(jìn)行技術(shù)鋪墊。
4 尚未形成成熟開發(fā)技術(shù)
可燃冰的勘探開發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)工程，雖然目前尚未形成成熟的開發(fā)技術(shù)方案，但人類在鉆探和開采實(shí)驗(yàn)中，還是做出了許多探索。
可燃冰開采，主要圍繞著“破壞”可燃冰的生成和生存條件來進(jìn)行，包括以下幾種：
熱激發(fā)開采法：直接對(duì)可燃冰層進(jìn)行加熱，使其溫度超過其生存平衡溫度，從而分解為水與天然氣。這種方法經(jīng)歷了直接向天然氣水合物層中注入熱流體加熱、火驅(qū)法加熱、井下電磁加熱以及微波加熱等試驗(yàn)發(fā)展歷程。但這種方法熱利用效率較低，尚有待進(jìn)一步完善。
減壓開采法：減壓開采法是一種通過降低壓力促使可燃冰分解的開采方法。減壓途徑主要有兩種，一種是采用低密度泥漿注入鉆井達(dá)到減壓目的;另一種是當(dāng)可燃冰層下方存在游離氣體時(shí)，通過泵出游離氣體來降低天然氣水合物層的壓力。減壓開采法成本較低，適合大面積開采，是天然氣水合物傳統(tǒng)開采方法中最有前景的一種技術(shù)。
此外，還有化學(xué)試劑注入開采法、二氧化碳CO2置換開采法、固體開采法等等。值得注意的是，可燃冰雖有“清潔能源”之稱，但一旦泄漏依然可能引發(fā)不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境災(zāi)難。因此，可燃冰要真正成為替代能源，關(guān)鍵還在于能否進(jìn)行即安全又可持續(xù)開采。這也是各國一再推遲開采時(shí)間表的重要原因。
延伸閱讀
我國可燃冰資源十分豐富
作為世界上最大的發(fā)展中的海洋大國，我國海底可燃冰資源十分豐富。我國從1999年就開始對(duì)“可燃冰”進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的調(diào)查研究。在南海西沙海槽等海區(qū)已相繼發(fā)現(xiàn)存在可燃冰。2005年4月14日，我國宣布，在我國南海，發(fā)現(xiàn)世界上規(guī)模最大的“可燃冰”碳酸鹽巖分布區(qū)，其面積約為430平方公里。
2007年，我國自主建設(shè)的第一艘“可燃冰”海洋調(diào)查船“海洋六號(hào)”下水，標(biāo)志著我國“可燃冰”調(diào)查全面展開。
此外，我國陸上可燃冰勘探也取得可喜進(jìn)展。2009年9月25日，國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局宣布：在青海省祁連山南緣永久凍土帶、天峻縣木里鎮(zhèn)成功鉆獲可燃冰。這使中國成為世界上第一個(gè)在中低緯度凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)可燃冰的國家，也是繼俄羅斯、加拿大、美國之后，在陸域通過鉆探獲得可燃冰樣品的第四個(gè)國家。
中國是世界上第三凍土大國，凍土區(qū)總面積達(dá)215萬平方公里，具備良好的可燃冰賦存條件和資源前景。據(jù)科學(xué)家粗略估算，遠(yuǎn)景資源量至少有350億噸油當(dāng)量。
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