可燃冰

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可燃冰(Natural Gas Hydrate)

　　可燃冰是指甲烷等有機氣體分子的天然水合物，在高壓及低溫環境下被籠狀架構的水分子所包合，形成類似冰狀的白色固體，也稱甲烷水合物。它是分佈在海洋和大陸多年凍土中的一種具有巨大商業開發價值的新型戰略性替代能源^[1]。

　　1.國內外可燃冰的研究發展現狀

　　迄今，世界上至少有30多個國家和地區在進行可燃冰的研究與調查勘探。1960年，前蘇聯在西伯利亞發現了第一個可燃冰氣藏，並於1969年投入開發採氣14年。總採氣50.17億m³，美國於,1969年開始實施可燃冰調查。1998年，把可燃冰作為國家發展的戰略能源列入國家級長遠計劃，計划到2015年進行商業性試開采。日本關註可燃冰是在1992年，目前，已基本完成周邊海域的可燃冰調查與評價，鑽探了7口探井，圈定了12塊礦集區，併成功取得可燃冰樣本，目標是在2012年進行商業性試開采。我國對可燃冰的重大基礎研究也已全面展開，就南海北部陸坡的可燃冰(天然氣水合物)資源量達185億t油當量，相當於南海深水勘探已探明的油氣地質儲備的6倍。並且已經在南海部神狐海域獲取了天然氣水合物的岩心樣品。從而成為繼美國、日本、印度之後第4個通過國家級研發計劃採到水合物實物樣品的國家，標志著我國天然氣水合物調查研究水平一舉步入了世界先進行列。

　　2.可燃冰的發展前景

　　天然氣幾乎是燃燒值最高的常規能源形態，燃燒時，1m³天然氣釋放的熱量幾乎是1kg煤炭的3倍，1噸汽油的2倍。1m³可燃冰等於164m³的常規天然氣藏，是其他非常規氣源岩(如煤層、黑色頁岩)能量密度的10倍，是常規天然氣能量密度的2~5倍，粗略算下來，1m³的可燃冰，其燃燒值竟約等於0.5t煤炭。可滿足人類1000年的能源需要，這與其他常規化石能源形成了巨大的反差。據推算，目前已經發現的石油儲備量還可用40年，天然氣還可用70年，煤炭還可用190年。當全世界的石油煤炭資源將消耗殆盡的時候，可燃冰的發現。讓陷入能源危機的人類看到新希望。但是，雖然全世界天然氣水合物資源量非常可觀，除了小型現場試驗之外，目前唯一實現開采的只有俄羅斯的麥索亞哈天然氣水合物氣田，全球未來的天然氣水合物產量尚不確定。目前，天然氣水合物的研究主要集中在天然氣水合物資源的勘測與評估，天然氣水合物基礎物理化學性質的研究、天然氣水合物開采模擬與環境評價以及天然氣水合物儲運與利用方面。根據近年來試驗性開采的成果和技術進步來看，2015~2020年發達國家實現工業規模開采天然氣水合物在技術上是可行的，但要實現商業開采則值得探討。

　　資源量不明，缺乏安全環保和成熟可靠的開采技術、貯存運輸方法，成本昂貴等是目前“可燃冰”開發中面臨的突出問題。多年凍土“可燃冰”的前期開發研究可為海洋“可燃冰”的開發提供技術支撐。

　　(1)“可燃冰”中存在甲烷和二氧化碳兩種溫室氣體。“可燃冰”中甲烷的總量大致是大氣中甲烷數量的3 000倍。作為短期溫室氣體，甲烷產生的溫室效應是二氧化碳的13倍。有學者認為，在導致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10～20倍。在開采過程中，如果引起“可燃冰”自動分解或外溢，一方面就會導致極地溫度、海水溫度和地層溫度升高，另一方面，陸斜坡穩定性降低，還可造成海底滑坡，海洋生態平衡遭到破壞，出現物種滅絕，造成生物礁退化。考慮到開發不當可能引發的環境災害，世界各國均採取了謹慎的態度和明智的做法。我國的態度也一樣，在沒有找到理想的開采方法前，絕不會進入到商業化開采階段。

　　(2)開采成本非常高。根據美國和日本披露的數據，目前的“可燃冰”開采平均成本相當於天然氣的成本為每立方米1美元以上。原因除了勘探規模太小，沒有形成規模效應外，勘探“可燃冰”所需的運輸工程費用都很高。

　　(3)缺乏切實可行、系統配套的開發利用技術。儘快開展室內外“可燃冰”分解、合成方法和鑽採方法的研究工作刻不容緩。國內外常見開采技術主要包括註熱開采法，降壓開采法，化學劑開采法以及幾種開采方式相結合的開采方法。從各國進行的試驗性開采看，這些方法推廣價值不大，不適合大規模作業。令人稍感欣慰的是，近年來，日本美國等國家在開采方案上取得了重大進步，日本提出了分子控制的開采方法，其技術水平處於國際領先。美國研究人員發明瞭一種二氧化碳置換法，在實驗中已取得成功，希望能在阿拉斯加附近海底的礦層中利用這種方法，但這些方法對國外是嚴格保密的。

　　(4)儲存與運輸困難。由於“可燃冰”在常壓下不能穩定存在，溫度超過20℃時就會分解，因此解決儲存問題是“可燃冰”被大規模開發利用的關鍵之一。目前勘探所獲樣品一般都保存在充滿氦氣的低溫封閉容器中，對於大規模的儲存和運輸手段，目前各國還在加緊研究相關技術和設施。目前挪威科學家開發出一種方法，將天然氣轉變為“可燃冰”，在保持穩定的條件下“冷藏”起來運輸，到目的地後再融化成氣。