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可燃冰:未來能源愈行愈近
[發布時間:2018-02-06 11:01:13 ][閱讀次數:746 次]
 

  圖為二0一七年六月九日,我國在位于廣東珠海市東南三百二十千米的南海神狐海域進行試采可燃冰的作業平臺。

  天然氣水合物又稱“可燃冰”,是水和天然氣在高壓低溫情況下形成的類冰狀結晶物質。 (資料圖片)

  俗話說水火不相容。但是有這樣一種冰,不僅可以燃燒,其熱值還比石油多10倍,燃燒后很清潔,只生成二氧化碳和水,儲量據稱可供人類使用千年。這就是可燃冰,學名叫做“天然氣水合物”,也被人稱作“固體甲烷”,是甲烷為主的有機分子被水分子包裹而成,既含水又呈固體,看起來像冰,很容易被點燃

  近日,國務院批準天然氣水合物為我國第173個礦種。今年5月,我國首次海域天然氣水合物試采成功,并實現連續試氣點火60天,累計產氣30.9萬立方米,平均日產5151立方米,甲烷含量最高達99.5%,實現了歷史性突破。

  神奇的冰塊

  可燃冰的能量密度非常高,同等條件下燃燒產生的能量比煤、石油、天然氣要多出數十倍;并且,燃燒后僅會產生少量二氧化碳和水,是真正的綠色能源

  和石油天然氣一樣,可燃冰也是來源于古生物遺骸。這些古生物遺骸的沉積物通過細菌分解后產生甲烷,在低溫和高壓的環境下形成可燃冰。

  可燃冰生成的溫度一般在0℃至10℃之間,超過20℃就可能分解。通常情況下,海底溫度一般保持在2℃至4℃之間,適宜可燃冰生成。另外,可燃冰在0℃時,只需要30個大氣壓就可以生成,而在海底深處,很容易保持30個大氣壓。并且,氣壓越大,可燃冰越不容易分解。

  因此,可燃冰廣泛分布于深海或陸域的永久凍土中。目前,南極、北極均已發現可燃冰礦點,中國雖不屬于極地國家,但此前,我國已分別在南海海域和青藏高原凍土區鉆獲天然氣水合物實物樣品,使得我國成為世界上在中低緯度地區唯一擁有海底和陸上凍土區天然氣水合物資源的國家。

  1778年,英國化學家普得斯特開始研究形成可燃冰的溫度和壓強。1934年,人們在油氣管道和加工設備中發現冰狀固體堵塞現象,這些固體其實就是可燃冰。1965年,前蘇聯科學家預言,可燃冰可能存在海洋底部的地表層中,此后終于在北極的海底首次發現了大量可燃冰。

  可燃冰的能量密度非常高。同等條件下,可燃冰燃燒產生的能量比煤、石油、天然氣要多出數十倍。1立方米的可燃冰分解后可釋放出164立方米的天然氣。

  由于可燃冰是天然氣和水的化合物,燃燒后僅會產生少量的二氧化碳和水,是真正的綠色能源。有專家估計,其資源量相當于全球已探明傳統化石燃料總量的兩倍。我國可燃冰資源儲存量則相當于1000億噸石油,其中南海海域是我國可燃冰的主要分布區,有近800億噸儲量。因此,可以毫不夸張地說,可燃冰是一種具有重大戰略意義的未來能源。

  大國角逐可燃冰

  可燃冰低碳環保又儲量豐富,一躍成為現代社會解決能源匱乏的有效途徑,引發多國對其青睞有加,投入巨資展開研究

  追溯人類能源利用的歷程,會更有助于我們了解可燃冰的價值。

  人類曾在漫長歷史進程中,通過木柴等生物質能源獲取能量。直到工業文明后,煤炭的利用使蒸汽機得以大面積推廣。再后來,石油天然氣推動人類的行動能力得以大幅提升。

  但是,需正視的現實是,石油資源的漸趨匱乏是現代社會必須面臨的重大挑戰之一。

  在這樣的背景下,低碳環保又儲量豐富的可燃冰自然吸引了人們的關注。因此,不少大國對其青睞有加,紛紛投巨資開展這一領域研究。

  今年5月,美國能源部下屬的國家能源技術實驗室宣布,正與得克薩斯大學奧斯汀分校等機構合作,在墨西哥灣深水區開展可燃冰開采研究。

  一直以來,美國都十分重視可燃冰研究,2000年曾通過《天然氣水合物研究與開發法案》。此后,美國能源部多次撥款支持可燃冰研究,最近一次是在2016年9月,宣布投入380萬美元支持6個新的可燃冰研究項目。開展本次鉆探的得克薩斯大學奧斯汀分校就是受支持的項目方之一。

  日本經濟產業省資源能源廳今年5月也宣布,日本石油天然氣金屬礦物資源機構成功從日本近海海底埋藏的可燃冰中提取出甲烷。該次試驗開采海域位于愛知縣和三重縣附近的太平洋近海,估計該海域擁有的可燃冰儲量達1.1萬億立方米,是日本天然氣年消費量的約10倍。

  這是日本第二次開采可燃冰。2013年,日本嘗試過開采海底可燃冰并提取了甲烷,但由于海底砂流入開采井,試驗僅6天就被迫中斷。第二次試驗持續12天后也因出砂問題中斷,未能完成原計劃連續三四周穩定生產的目標,12天產氣量只有3.5萬立方米。

  中國地質調查局于1999年開始天然氣水合物調查,在南海西沙海槽首次發現了天然氣水合物存在的地球物理標志;2007年,在南海神狐海域首次鉆獲天然氣水合物實物樣品;2013年,在南海北部獲得了多類型的天然氣水合物樣品;2015年和2016年在南海神狐海域再次獲得發現。目前,我國已在南海發現兩個超千億立方米的礦藏,圈定11個成礦遠景區、25個有利區塊。同時,今年5月我國也成功實施了海域天然氣水合物首次試采,創造了產氣時長和總量的世界紀錄。

  產業化面臨諸多難題

  可燃冰雖然儲量大、分布廣,但現有海底鉆井設備很難進行開采,稍有不慎就會導致開采失敗

  但是,可燃冰開采難度之大也是業界公認。可燃冰靠低溫高壓封存,如果溫度升高,水合物中的甲烷可能溢出;或者如果冰塊消融,導致壓力回升,一旦控制不當,可能造成海底滑坡等地質災害。

  例如曾有地質學家將8000年前的一場毀滅性崩塌歸因于天然氣水合物。當時,挪威海岸外出現了高達6米的海浪。研究人員推測,甲烷氣體在海底的爆炸性釋放引發了這場自然災難。

  有專家表示,可燃冰雖然儲量大、分布廣,但形成年代要比石油、天然氣晚得多,覆蓋它的海底地層普遍是砂質,現有的海底鉆井設備開采很難,稍有不慎就會導致大量砂石涌進管道,造成開采失敗。而且,更值得關注的是環境問題,如開采不當,水合物中的甲烷一旦溢出,可能造成巨大污染。

  中國地質調查局基礎地質調查部副主任邱海峻表示,我國此次南海天然氣水合物試采實現了多項創新,創新研發了“地層流體抽取法”試采技術,創建了天然氣水合物系統成藏和天然氣水合物“三相控制”開采理論,建立以穩定地層為核心的試采理論技術體系,自主研發了鉆完井、儲層改造、人工舉升等試采關鍵技術,成功解決了試采的砂層流動、天然氣水合物二次生成、井下氣水分離和長期穩定生產等世界性難題,實現了六大技術體系20項關鍵技術自主創新,初步建立了適合我國海域天然氣水合物資源特點的開發技術體系。

  邱海峻表示,經測算,我國海域天然氣水合物資源量約800億噸油當量。通過重點地區普查,已經圈定11個有利遠景區,19個成礦區帶,并經過鉆探驗證圈定了兩個千億立方米級礦藏。

  不過,有關專家表示,此次我國在全球范圍內實現首次試開采,僅是萬里長征邁出關鍵性一步,未來要實現產業化和商業化開采,仍有長路要走。

  中國地質調查局副局長王昆表示,今后將圍繞加快推進產業化進程的目標,爭取神狐海域試采成果最大化;同時,繼續加大天然氣水合物資源調查力度,開展重點目標區的詳查,提供2至4個大型資源基地,為推進產業化奠定資源基礎;此外,將開展不同類型天然氣水合物試采,把加強環境保護放在突出位置。

  “基于中國可燃冰調查研究和技術儲備的現狀,預計我國在2030年左右有望實現可燃冰的商業化開采。”王昆表示。

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