可燃冰是一种白色固体物质,有极强的燃烧力。1974年,美国地质学家在黑海作深海钻探时,意外地从岩芯中发现一块类似干冰的东西,用火柴一点居然燃烧起来。可燃冰有两大传统能源不具备的优势。一是能效高,烧得快。由于天然气含量占可燃冰体积的80%至99%,比常规天然气的纯净度平均高约10个百分点。1立方米的可燃冰可分解出164立方米甲烷气体,同等条件下,可燃冰燃烧产生的能量比煤和石油要高出数十倍,这是传统能源远远达不到的标准。二是非常环保。和煤比起来,可燃冰没有粉尘污染,和石油比起来没有毒气污染,甚至和传统天然气比起来没有其他杂质污染。具体来说,与等热值煤炭相比,每千立方米气可分别减排二氧化碳、二氧化硫约4.33吨和0.0483吨,且基本不含铅尘、硫化物以及PM2.5等有害物质,是非常干净的能源。
海洋可燃冰储量丰富
据粗略估计,全球约有三分之一的陆地和三分之一的海底地区,具备形成天然气水合物的地质条件。已有发现显示,海洋可燃冰资源主要分布在北半球,且以太平洋边缘海域资源最为丰富,其次是在大西洋。初步估计,可燃冰的储量比地球上现在已知的石油总储量要高几百倍、相当于全世界煤炭储量的10倍。有数据说,全球可燃冰的资源量约为2100万亿立方米,可供人类使用1000年左右。这对日益严重的全球能源危机不啻是福音。
可燃冰开采方法有三种
可燃冰虽然好用易用,但却很难得到。天然可燃冰呈固态,不会像石油开采那样自喷流出。如果把它从海底一块块搬出,在从海底到海面的运送过程中,甲烷就会挥发殆尽,同时还会给大气造成巨大危害。为了获取这种清洁能源,世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。目前成熟的可燃冰开采方法有以下几种: (1) 热激发开采法。即直接对天然气水合物层进行加热,使天然气水合物层的温度超过其平衡温度,从而促使天然气水合物分解为水与天然气。(2) 减压开采法。减压途径主要有两种:①采用低密度泥浆钻井达到减压目的;②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时,通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。(3) 化学试剂注入开采法。通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,促使天然气水合物分解。
在可燃冰开采过程中,如果不能有效地实现对温压条件的控制,就可能产生一系列环境问题,如温室效应的加剧、海洋生态的变化以及海底滑塌事件等。因为天然气水合物是在低温高压下形成的,一旦脱离地下或洋底,便迅速气化。长期禁锢在洋底的天然气水合物像被打开的潘多拉魔盒一样,大量释放甲烷气,其猛烈程度可能导致海床崩塌以及其他灾害,这是十分危险的。因此,美国地质调查所发出这样的警告:“开发可燃冰必须谨慎从事,免酿后患!”因此,今年5月18日我国宣布试采成功,意义特别重大。
【背景】
我国首次成功试采可燃冰
今年5月18日,中共中央、国务院对我国南海神狐海域天然气水合物(以下简称“可燃冰”)试采成功发出贺电,贺电指出:“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。……(这)是中国人民勇攀世界科技高峰的又一标志性成就,对推动能源生产和消费革命具有重要而深远的影响”。据报道,这次试采成功是世界首次成功实现资源量占全球90﹪以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采,标志着我国成为全球第一个实现在海域天然气水合物试开采中获得连续稳定产气的国家。
可燃冰开采已经达到“技术上可行”
神狐海域可燃冰试采自5月10日点火测试以来,至6月10日已连续产气达31天,实现了试采工作的“满月”记录。试采总产气量达到21万立方米,平均日产6800立方米,获得各项测试数据264万组,为下一步工作奠定了坚实基础。以中国这次重大突破为标志,可燃冰开采已经达到了“技术上可行”阶段,但在实现“经济上可行”,即民用化、商业化的征程中还有一些障碍需要克服。主要是如何进一步降低开采和运输成本、降低对矿藏周边环境影响等。专家指出,在未来可燃冰开发过程中,要进一步确立可燃冰资源在我国能源战略中的地位,编制可燃冰开发中长期规划;汲取发达国家先进经验,建立健全开采的技术标准和技术体系,增强核心技术自主研发能力。同时,要对可燃冰开采可能诱发的气候、地质及生物影响进行深入研究,提出应对方案;深化基础研究,摸清成矿原理,建立符合我国国土实际的理论模型。
主要分布在南海东海和青藏高原冻土带
我国的可燃冰资源十分丰富,主要分布在南海和东海海域、青藏高原冻土带等区域,地质资源量约为1000亿吨油当量,是目前我国资源最丰富的清洁能源之一,具有大规模发展潜力。勘探显示,南海神狐海域有11个矿体、面积128平方公里,资源储存量1500亿立方米,相当于1.5亿吨石油储量。神狐海域可燃冰储量还只是我国可燃冰蕴藏量的“冰山一角”。在西沙海槽,科考人员已初步圈出可燃冰分布面积5242平方公里;在南海其他海域,同样也有可燃冰存在的必备条件……
(厦门市老科协供稿)
【名词】
可燃冰
可燃冰是天然气水合物的简称,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。可燃冰的主要成分是甲烷(CH4),分子式为CH4?8H2O。因其外观像冰一样且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”、“固体瓦斯”或“气冰”。
可燃冰由主体分子(水)和客体分子(甲烷、乙烷等烃类气体,及氮气、二氧化碳等非烃类气体分子)在低温(-10℃~28℃)、高压(1~9MPa)条件下形成的结晶状笼形固体络合物。形成可燃冰有三个基本条件:温度、压力和原材料。首先是低温,可燃冰在0~10℃时生成,超过20℃便会分解。海底温度一般保持在2~4℃左右。其次是高压,可燃冰在0℃时,只需30个大气压(10个大气压等于1MPa)即可生成,而以海洋的深度,30个大气压很容易保证,并且气压越大,水合物就越不容易分解。最后是充足的气源,海底的有机物沉淀,其中丰富的碳经过生物转化,可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质,在温度、压力、气源三者都具备的条件下,可燃冰晶体就会在介质的空隙间生成。
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