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可燃冰成为新能源谁能占得先机

时间:2019-06-20 01:52:15 来源:互联网 阅读:1次

  2007年夏天,中国科学家在南海东沙群岛西南部海域新发现了潜在的可燃冰发育区,有可能成为中国未来可燃冰开采的区。目前全球蕴藏的煤和油气等资源仅够人类今后数十年之用,许多人认为,可燃冰有望取代煤、石油和天然气,成为21世纪的新能源。这一消息立即引起了国内外轰动,虽然这不是中国的早发现。   可燃冰是“天然气水合物”的俗称。它是甲烷类天然气被包进水分子中,在海底低温与压力下形成的的透明结晶,多呈白色或浅灰色。因为外貌类似冰雪,可以像酒精块或蜡烛一样燃烧,故人们称它为“可燃冰”。可燃冰像常规天然气一样,完全燃烧后只剩下二氧化碳和水,几乎不留下任何污染,是一种绿色能源。目前,国际科技界公认的全球“可燃冰”总能量,是所有煤、石油、天然气总和的2~3倍。   有天然气的地方不一定都有可燃冰,形成可燃冰至少要满足三个条件:一是温度要低。海底的温度为2℃至-2℃,才适合“可燃冰”的形成,高于20℃就分解。二是压力要足够大。在0℃时,只需要30个大气压就可形成可燃冰。海深每增加10米,压力就增大1个大气压,因此海深300米就可达到30个大气压,越深压力越大,可燃冰就越稳定。三是要有甲烷气源。海洋生物和微生物死后,尸沉海底,经过细菌分解后成甲烷、乙烷等可燃气体。   冰中之火知易求难   早在二十世纪七十年代,美国地质工作者在海洋中钻探时,发现了一种看上去像普通干冰的东西,当它从海底被捞上来后,那些“冰”很快就成为冒着气泡的泥水,而那些气泡却意外地被点着了,这些气泡就是甲烷。据研究测试,这些像干冰一样的灰白色物质,是由天然气与水在高压低温条件下结晶形成的固态混合物。目前的科研考察结果表明,它仅存在于海底或陆地冻土带内。纯净的天然气水合物外观呈白色,形似冰雪,可以像固体酒精一样直接点燃,因此,人们通俗、形象地称其为“可燃冰”。   科学家的研究结果表明,可燃冰的能量密度非常高,1立方米可燃冰可以释放出164立方米的天然气。目前地球上可供人类开采的石油、煤炭等能源正在不断减少,许多国家正在寻找新的替代能源,可燃冰的发现立即引起人们的关注。一些国家相继把可燃冰作为后续能源进行开发研究,对可燃冰的科学考察取得可喜成绩。美国、日本等国家先后在海底获得了可燃冰实物样品,而加拿大在冻土带内找到了可燃冰。综合考察表明,天然气水合物资源量巨大,据保守估算,世界上天然气水合物所含的有机碳的总资源量,相当于全球已知煤、石油和天然气总量的2倍。特别是天然气水合物的主要成分是甲烷,燃烧后几乎没有污染,是一种绿色的新型能源。从其储量之大、分布范围之广和应用前景之好来看,它是石油、天然气、煤等传统能源之后的接替能源。可燃冰点燃了人类二十一世纪能源利用的希望之光。   但是要触到这束希望之光并不容易。有关研究成果表明,可燃冰形成的必要条件是低温和高压,因而它主要存在于冻土层和海底大陆坡中。这些赋存所需要的特殊温度和压力条件,使人们采集可燃冰的实物样品十分困难,不仅需要高投资,还需要游泳航海、地质钻探、样品取存等方面的高技术和先进设备。   可燃冰的开发利用更是世界性难题。科学家指出,开发可燃冰非常危险,由于水化物是在低温高压下形成的,它的主要成分是甲烷80%、二氧化碳20%,一旦脱离地下和海底,气化造成的“温室效应”十分严重。且开采时还有可能导致海床崩塌使甲烷大量释放,释放过程中一旦失控,难免酿成灾难。因此有人认为可燃冰成为新能源只是人类的一个希望,在今后几十年内,它还是可望而不可及的。   神狐海域收获神奇   我国从1997年开始组织开展对天然气水合物的前期研究。1999年,国土资源部启动了天然气水合物的海上勘查,开展了18个航次的调查工作,发现我国南海北部陆坡存在非常有利的天然气水合物赋存条件,并取得了一系列地球物理学、地球化学、地质学、生物学等明显证据。   2003年12月底,广州海洋地质调查局首次在南海北部海域,利用海底摄像技术在3000米深海底发现了灰白色团块状的沉积物质,分析认为,这种灰白色团块状物质是深部地层中的可燃冰分解后,甲烷气体沿海底断裂喷溢出海底后形成的。该结论得到国际可燃冰权威专家的认同。这一发现证实,中国南海北部海域有可燃冰。   按上述条件,形成“可燃冰”的区域一个是高纬度的冻土层。如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西伯利亚都已有发现,而且俄国已开采近20年。另一个是海底大陆架斜坡。如美国和日本的近海海域,加勒比海沿岸及我国南海和东海海底均有储藏,专家估计我国黄海海域和青藏高原的冻土带也有储藏。   2007年4月21日,我国正式启动南海北部陆坡海域天然气水合物钻探工作。钻探由中国地质调查局统一组织部署,分两个航次实施,由中国科学家主持科研和调度工作,同时有来自9个国家的外国科学家和工程技术人员参与工作。在航次钻探开始前,科学家经过地球物理资料的精细处理和反复研究,圈定出2个重要目标区,确定了8个钻探井位。   同年5月1日凌晨,钻探船在南海北部神狐海域的一号钻探站位,钻探获取海底多段沉积物岩芯,样品取自海底以下183米至201米,水深约1245米。科学家在现场对岩芯进行X-射线影像、红外扫描和数十项测试分析,确认多个层段含有分散浸染状和薄层状天然气水合物。考察人员在现场迅速剖开岩芯,因释压和升温的影响,样品大部分迅速分解气化,但在样品新鲜切面仍清晰保留细小斑点状天然气水合物的白色晶体。如果将保压岩芯样品放入水中,涌出大量气泡,将这些释放的气体直接点燃,火苗是蓝色的,非常旺盛。   个站位取得成功后,又于5月15日在第四个站位成功获得了天然气水合物实物样品,其测试结果更是振奋人心,测井、温度等各项分析数据证实,天然气水合物的沉积层厚度达34米,气体中甲烷的含量高达99.8%。无论是矿层厚度之大、水合物丰度之高,还是甲烷含量之纯,都远超出世界上其他地区类似分散浸染状的水合物。不仅只钻了3口半探井就成功获得了天然气水合物实物样品,而且这是一种从未被发现的全新类型样品。   我国首次实施钻探,就成功获取实物样品,验证了我国基础地质工作的实力,展示了我国南海北部海域巨大的天然气水合物资源远景。这一巨大成功,凝聚了全国各地、各单位上百位科学家辛勤劳动的结晶,体现了各部门的相互配合和大力支持。   可燃冰有三大悬疑待解   中国由此成为继美国、日本、印度之后第4个通过研发计划采到水合物实物样品的国家。截至本次钻获天然气水合物实物,国土资源部累计投入经费5亿元。   “可燃冰”在我国分布十分广泛。专家们指出,在我国的南海、东海、黄海等近300万平方公里广大海域以及青藏高原的冻土层,都有可能存在大量可燃冰。这一次中国地质调查局在南海钻探到可燃冰实物证实了中国附近海域存在大量可燃冰的设想。值得一提的是,有关可燃冰开采方面的技术各国都将其视为高度机密。有媒体报道称,在中美第二次战略经济对话签署的能源合作协议中,尽管双方同意在清洁能源技术方面展开广泛合作,但是可燃冰开采方面的技术合作却被排除在外。翘望“可燃冰”,它将是21世纪占主导地位的新能源吗?谁又将在利用它的竞赛中占得先机?   悬疑一:到底藏有多少“可燃冰”?   对“可燃冰”,个疑问恐怕就是:全世界有多少储藏量?中国又有多少?没有确切的答案。美国地质调查局的科学家卡文顿曾预测,全球的冻土和海洋中,“可燃冰”的储量在3114万亿立方米到763亿亿立方米之间,但当时世界海洋中发现的“可燃冰”分布带只有57处,2001年就增加到88处。对于中国可燃冰的储藏量,中国地质调查局给出的初步预测是,南海北部远景资源量可达上百亿吨油当量,可与目前全世界一年的能源消费总量相当。   目前这些‘可燃冰’的储量都是估算的。从远景资源量再到地质资源量、再到地质储量、再到探明的储量,至少还需要十多年工作。除了未证明的巨大储量,科学家还相信,“可燃冰”的价值是非常惊人的。有科学家推算,全世界海洋所储藏的“可燃冰”,其所含天然气约为1.8亿亿立方米至2.1亿亿立方米,而目前估算的全球天然气储量在180万亿到1000万亿立方米之间。美国能源部认为,仅南、北卡罗来纳州大西洋底的储备就够美国人用100年。而日本地质调查的估计,周边海底埋藏的“可燃冰”相当于日本百年天然气的使用量。   有个数据是确信无疑的:中国发现的“可燃冰”,沉积层厚度达34米,气体中甲烷含量高达99.8%。无论是矿层厚度、水合物丰度,还是甲烷纯度,都超出世界上其他地区类似的发现。从粒级小于0.063毫米的细土里,国际上发现的‘可燃冰’含量多在5%至10%,而中国发现的含量高于40%,这在世界上还是次。   理论上说,如果将目前估算的全球“可燃冰”都开采出来的话,可以供人类使用100年以上。这种存在于海洋大陆架地区和陆地冻土带内的固态化合物,燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物,对于日益陷入能源危机的地球来说,“可燃冰”是大自然赐给人类神奇也是的天然能源。   悬疑二:何时走上“商业化”之路?   “可燃冰”能否成为人类未来的新能源,取决于其何时能够实现大规模的商业化开采。美国1998年在《天然气水合物研究与资源开发计划》中,把商业性开采的时间定为2015年。日本的目标更早,计划较美国提前5年即2010年就将实现商业性开发。全球性的“可燃冰”商业利用竞赛已经开始……   现在的难题是,“可燃冰”开采成本非常高,美国开采海底“可燃冰”用的是潜艇:在约540米深的海底,潜艇的机械臂直接抓取裸露在外的“可燃冰”,然后放入密封罐中,带回地面。租一艘潜艇,每天大约需要1.8万美元,对科考来说不算贵,但如果用于商业,那肯定不划算。根据美国和日本披露的数据,目前的“可燃冰”开采成本平均高达每立方米200美元,折合天然气的成本达到每立方米1美元以上,而上海目前民用天然气的售价每立方米也仅2.1元。   作为后来者,中国比发达国家面临更多困难。尽管中国已成功取得了“可燃冰”实物样品,依然不能太过乐观:调查仅仅认识了天然气水合物存在的现象,钻探也仅仅在一个点上取得突破,要科学地认识南海北部整个海域的天然气水合物形成机理和分布规律,尚有许多科学问题需要解决。另外,在开采技术方面,中国目前不具备独立钻探和取心的技术,只能和国外钻探公司合作。 中国要实现“可燃冰”的商业化开采,终得靠自主创新。虽然美国的海底“可燃冰”考察对许多国家的科学家都开放,但一涉及到关键技术的会议,美方都会实施清场,只留“自己人”。中美在能源和环境领域达成包括清洁煤技术、煤层气项目、燃油低硫化及核电合作多项共识,唯独没有“可燃冰”方面的研究合作,美国对中国这个潜在的竞争对手,保留了的新能源秘密。 未来10年,中国将投入8亿元进行“可燃冰”的勘探研究,预计2010年至2015年将进行试开采。乐观估计,中国在30年内能够实现“可燃冰”的商业化开发。 悬疑三:会否形成更多“百慕大”? 世界上有这样一片水域——无论是航行的船只,或是翱翔的飞机,都常无故失踪;事后不管派出多少人员赶赴现场搜救,也总是“劳而无功”,不但找不到幸存者,也看不见任何尸体,或一星半点船只或飞机的残骸。 今天,这个神秘的“百慕大”之谜,被科学家与“可燃冰”联系在了一起。1984年,加拿大科学家唐纳德·戴维森提出假说,“可燃冰”溶解释放大量甲烷气体,会导致轮船因海水密度降低无法承重而沉没,飞机因尾气引燃可燃气体而烧毁;不约而同,美国密西西比州大学物理学家布鲁斯·迪那多博士也宣称自己成功揭秘,海底甲烷释放产生的大量气泡很可能就是吞噬过路船只的神秘杀手。 其实,这片位于美国佛罗里达半岛及波多黎各岛和百慕大群岛之间的三角形海域,在曾有过的揭秘热潮中,“可燃冰”一说只是其中一种猜测。然而,“可燃冰”这把双刃剑可能带给人类的灾难却早已被科学家们证实。 首先是地质灾害。“可燃冰”经常作为沉积物的胶结物存在,它对沉积物的强度起着关键的作用。吴能友说:“天然气水合物往往同自然环境条件处于十分敏感的平衡之中,任何一种变化,都会影响天然气水合物系统的稳定性,从而导致海底沉积物失去稳定性,产生海底滑坡。”牵一发而动全身,“可燃冰”的开采,会不会带来毁灭性的灾难? 其次是温室效应。“甲烷是一种温室效应远大于二氧化碳的温室气体,大约是二氧化碳的13倍,它在全球气候变化中扮演重要角色。”吴能友说,“可燃冰”不稳定,在常温和常压环境下极易分解。从边缘海释放的甲烷,在大气中就占了相当大的比重。有研究表明,地质历史时期有若干全球变化事情是由天然气水合物分解甲烷释放造成的。 在看似平静的海之深蓝下,这样高含量的“可燃冰”的发现,难道只能是看起来很美,甚至是高悬头顶的达摩克利斯之剑?“北欧的大海啸和‘百慕大’之谜仅仅是科学家根据地质现象作出的推断,有待于进一步证实。至于是否会导致海底滑坡和甲烷泄漏,我们钻探实物样品时将水温、压力都维持在了原有状态,对环境并无影响。”虽然“可燃冰”的大规模开采,世界上至今尚无完美方案,但相信不远的将来,人类完全能把握好“可燃冰”带来的机遇与风险。

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