江西 汪艳英
超级能源
——可燃冰的开采
江西 汪艳英
2017年 5月18日，国土资源部中国地质调查局在南海宣布：“中国正在南海北部神狐海域进行的可燃冰——又称天然气水合物试采，实现连续超过8天的稳定产气。这标志着中国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。”
一、可燃冰的定义和分布
可燃冰也叫天然气水合物，主要成分是甲烷与水分子，是天然气和水在低温、高压条件下形成的一种白色或灰色固体结晶物质，这时候如果有火源，它就可以像固体酒精一样被点燃，因其形似冰块，故称为可燃冰。可燃冰分布在深海沉积物或陆域永久冻土中，可燃冰主要分布在我国青海地区，该地区储量相当于350亿吨石油；青藏高原地区尚未全部探明，该地区预计储量更大；南海地区储量相当于680亿吨石油，相当于中国陆上油气总量的1/2。
二、可燃冰的优势
可燃冰具有清洁无污染、燃烧值高、能量大等优势。可燃冰，体积小，却蕴含大量的能量，1立方米的可燃冰可以释放出164立方米的天然气和0.8立方米的水；而且非常清洁，燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水，且二氧化硫的产生量比燃烧原油或煤低两个数量级。而且，可燃冰的储量还很高，可燃冰的储量可能相当于全球已知煤、石油和天然气储量的2倍。
据悉，1立方米的该物质等同于160立方米的气态天然气，加100升天然气的汽车能够行驶300千米。专家表示：如果汽车能够加入“可燃冰”，那幺理论上100升“可燃冰”可跑5万千米，显然，该技术完全可能使世界油气价格“崩溃”。
天然气水合物分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，燃烧后仅会生成少量的二氧化碳和水，污染比煤、石油、天然气小很多，但能量高出约10倍。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
科学家的评估结果表明：仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4 000万平方千米占地球海洋总面积的1/4。天然气水合物储量巨大，所含有机碳资源总量相当于全球已知煤、石油和天然气总量的两倍，被国际公认为石油、天然气的接替能源。与世界上其他资源储量对比，全世界公认的可燃冰有1 000万亿立方，可供人类使用500年，页岩气有187万亿立方，煤层气有260万亿立方，天然气常规的有430万亿立方。
我国海域天然气水合物试采实现了连续8天稳定产气，平均日产超过1.6万立方米，累计产气超12万立方米，实现了预定目标。
这意味着我国海域天然气水合物试开采取得了历史性突破，抢占了天然气水合物理论和技术的制高点。天然气水合物是资源量丰富的高效清洁能源，是未来全球能源发展的战略制高点。
三、可燃冰的劣势
很多人要问的一个问题就是，可燃冰的前景十分诱人，为什幺从2002年试验开采之后一直未能进入大规模商业化开采？
记者综合采访梳理发现，这主要是因为可燃冰开采面临四项主要挑战。
挑战之一
首先，世界各国对“可燃冰”的开采仍处于研究试验阶段，还没有成熟完美的开采技术，但有3 种开采方案。
其一，热解法。利用“可燃冰”在温度升高时会自动分解的特性，通过加温方式向可燃冰层注入热能，使其由固态分解出甲烷气体。这种开采方式基本上已获得成功，但整个开采过程要对甲烷进行两次分离，还要消耗大量能源来加热温水。
其二，置换法。将化学试剂注入“可燃冰”层中，使其与可燃冰发生反应，改变可燃冰的稳定平衡状态，使其发生失稳作用而进行开采。这种方法同“热解法”一样，对甲烷气体难以进行有效的收集，布设收集管道是个难题。
其三，降压法。“可燃冰”层下面往往存在游离的天然气，这些天然气被抽出后便能降低矿层的压力，使矿层中的“可燃冰”由于压力减小而失稳分解。
但多位业界专家分析，无论采用哪种方案，由于“可燃冰”结构的特殊性和海底环境的复杂性，对“可燃冰”矿藏的开采都将极其困难。
挑战之二
在技术难度之外，开发成本过高也是制约可燃冰开采的一个重要原因。
美国能源部的公开资料显示，目前可燃冰开采成本平均高达每立方米200美元，即使按照1立方米可燃冰可转化164立方米的天然气来换算，其成本也在每立方米1美元以上，这远高于通过成熟技术开采常规天然气的成本。
挑战之三
制约可燃冰开采的第三个瓶颈即环境风险，主要表现在两个方面。
广州海洋地质调查局前总工程师黄永祥对媒体介绍，可燃冰稳定性较差，一旦汽化，“封存”它的海底沉积物会失去稳定，不仅对海底管道、通信电缆和开采平台以及科学仪器造成破坏，而且还有可能造成大陆架边缘动荡从而引发海底塌方，甚至导致大规模海啸。
国务院参事、国土资源部原总工程师张洪涛分析，1单位体积的可燃冰可以分解出164单位体积的甲烷，如果是瞬间融化，和爆炸一样，且由于可燃冰大多位于海底斜坡上，很容易导致海底滑坡和塌陷。
另一环境风险为可燃冰在开采过程中可能会造成成分泄露。可燃冰成分复杂，有甲烷，二氧化碳，还有乙烷和丙烷。
据测算，全球可燃冰中蕴含的甲烷量约是大气圈中的3 000倍，而可燃冰分解产生的甲烷进入大气的量即使只有大气甲烷总量的0.5%，也会明显加速全球变暖的进程。
挑战之四
此外，可燃冰还面临着由于油气价格低位导致的研发投入不足的问题。
发改委能源所所长戴彦德解释，尽管全球多个国家都将可燃冰视为一种战略能源，但是由于当前全球油气价格比较低，各国在可燃冰的研发投入上动力不足，这将在一定程度上阻碍可燃冰技术研发的进程。
四、影响
目前我国能源消费结构中煤炭占63% ，石油占18% ，天然气占8% ，水电占8% ，主要以煤炭为主，会带来大气污染、水污染和固体废弃物污染。可燃冰主要分布在我国青海地区，该地区储量相当于350亿吨石油；青藏高原地区尚未全部探明，该地区预计储量更大；南海地区储量相当于680亿吨石油，相当于中国陆上油气总量的1/2。如果全部开采，将大大降低我国能源对外依存度，但这一切猜想的前提是真正实现商业化开采。我国实现可燃冰开采的计划如下：2008年开始到2020前后我国完成勘探调研和技术准备，2020前后至2030年进行海上商业化试采，2030年至2050年开展海上大规模商业化开采。在开采可燃冰的过程中，由于可燃冰具有高能量密度，开采不当易导致大量甲烷气体瞬间释放，因此，开采难度大，风险大，容易引发塌陷、海底滑坡和海啸等灾害。
【基本训练】
读图文资料，完成下列问题。
材料一 “可燃冰”是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”，其主要成分是甲烷，大多蕴藏在全球各地的450米深的海床上。可燃冰勘探开发是一个系统工程，涉及众多方面，如海水状况、海洋气象、海洋地质和钻探工程等。一项对南海北部的勘测显示，那里的“可燃冰”储量达到我国陆上石油总量的一半左右，这些“可燃冰”有望在2015年进行试开采。
材料二 我国南海北部可燃冰重点富集区域图。
（1）简析南海北部开发“可燃冰”的优势条件。（3分）
（2）列举“可燃冰” 在开采过程中可能遇到的自然困难。（3分）
（3）若珠江三角洲地区大量利用“可燃冰”，分析对当地可能带来的积极影响。（4分）
【参考答案】
（1）储量十分丰富；海上交通便利；离经济发达的东南沿海较近，靠近市场；我国是能源消费大国，能源缺口很大，可燃冰开发有良好的市场条件。（每点1分，任答3点，得3分）
（2）风浪大，还可能遇到台风灾害；海底地质条件复杂，开采难度大；海水深，钻探难度大；海水具有较强的腐蚀性，对设备可能造成损坏。（每点1分，任答3点，得3分）
(3)缓解珠三角地区能源紧张；优化能源消费结构；改善大气质量；带动相关产业发展；增加就业机会。（每点1分，任答4点，得4分）
江西省贵溪市实验中学）
