可燃冰

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可燃冰(Natural Gas Hydrate)

　　可燃冰是指甲烷等有机气体分子的天然水合物，在高压及低温环境下被笼状架构的水分子所包合，形成类似冰状的白色固体，也称甲烷水合物。它是分布在海洋和大陆多年冻土中的一种具有巨大商业开发价值的新型战略性替代能源^[1]。

　　1.国内外可燃冰的研究发展现状

　　迄今，世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。1960年，前苏联在西伯利亚发现了第一个可燃冰气藏，并于1969年投入开发采气14年。总采气50.17亿m³，美国于,1969年开始实施可燃冰调查。1998年，把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，计划到2015年进行商业性试开采。日本关注可燃冰是在1992年，目前，已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价，钻探了7口探井，圈定了12块矿集区，并成功取得可燃冰样本，目标是在2012年进行商业性试开采。我国对可燃冰的重大基础研究也已全面展开，就南海北部陆坡的可燃冰(天然气水合物)资源量达185亿t油当量，相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的6倍。并且已经在南海部神狐海域获取了天然气水合物的岩心样品。从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家，标志着我国天然气水合物调查研究水平一举步入了世界先进行列。

　　2.可燃冰的发展前景

　　天然气几乎是燃烧值最高的常规能源形态，燃烧时，1m³天然气释放的热量几乎是1kg煤炭的3倍，1吨汽油的2倍。1m³可燃冰等于164m³的常规天然气藏，是其他非常规气源岩(如煤层、黑色页岩)能量密度的10倍，是常规天然气能量密度的2~5倍，粗略算下来，1m³的可燃冰，其燃烧值竟约等于0.5t煤炭。可满足人类1000年的能源需要，这与其他常规化石能源形成了巨大的反差。据推算，目前已经发现的石油储备量还可用40年，天然气还可用70年，煤炭还可用190年。当全世界的石油煤炭资源将消耗殆尽的时候，可燃冰的发现。让陷入能源危机的人类看到新希望。但是，虽然全世界天然气水合物资源量非常可观，除了小型现场试验之外，目前唯一实现开采的只有俄罗斯的麦索亚哈天然气水合物气田，全球未来的天然气水合物产量尚不确定。目前，天然气水合物的研究主要集中在天然气水合物资源的勘测与评估，天然气水合物基础物理化学性质的研究、天然气水合物开采模拟与环境评价以及天然气水合物储运与利用方面。根据近年来试验性开采的成果和技术进步来看，2015~2020年发达国家实现工业规模开采天然气水合物在技术上是可行的，但要实现商业开采则值得探讨。

　　资源量不明，缺乏安全环保和成熟可靠的开采技术、贮存运输方法，成本昂贵等是目前“可燃冰”开发中面临的突出问题。多年冻土“可燃冰”的前期开发研究可为海洋“可燃冰”的开发提供技术支撑。

　　(1)“可燃冰”中存在甲烷和二氧化碳两种温室气体。“可燃冰”中甲烷的总量大致是大气中甲烷数量的3 000倍。作为短期温室气体，甲烷产生的温室效应是二氧化碳的13倍。有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10～20倍。在开采过程中，如果引起“可燃冰”自动分解或外溢，一方面就会导致极地温度、海水温度和地层温度升高，另一方面，陆斜坡稳定性降低，还可造成海底滑坡，海洋生态平衡遭到破坏，出现物种灭绝，造成生物礁退化。考虑到开发不当可能引发的环境灾害，世界各国均采取了谨慎的态度和明智的做法。我国的态度也一样，在没有找到理想的开采方法前，绝不会进入到商业化开采阶段。

　　(2)开采成本非常高。根据美国和日本披露的数据，目前的“可燃冰”开采平均成本相当于天然气的成本为每立方米1美元以上。原因除了勘探规模太小，没有形成规模效应外，勘探“可燃冰”所需的运输工程费用都很高。

　　(3)缺乏切实可行、系统配套的开发利用技术。尽快开展室内外“可燃冰”分解、合成方法和钻采方法的研究工作刻不容缓。国内外常见开采技术主要包括注热开采法，降压开采法，化学剂开采法以及几种开采方式相结合的开采方法。从各国进行的试验性开采看，这些方法推广价值不大，不适合大规模作业。令人稍感欣慰的是，近年来，日本美国等国家在开采方案上取得了重大进步，日本提出了分子控制的开采方法，其技术水平处于国际领先。美国研究人员发明了一种二氧化碳置换法，在实验中已取得成功，希望能在阿拉斯加附近海底的矿层中利用这种方法，但这些方法对国外是严格保密的。

　　(4)储存与运输困难。由于“可燃冰”在常压下不能稳定存在，温度超过20℃时就会分解，因此解决储存问题是“可燃冰”被大规模开发利用的关键之一。目前勘探所获样品一般都保存在充满氦气的低温封闭容器中，对于大规模的储存和运输手段，目前各国还在加紧研究相关技术和设施。目前挪威科学家开发出一种方法，将天然气转变为“可燃冰”，在保持稳定的条件下“冷藏”起来运输，到目的地后再融化成气。