藏量丰富的新能源——可燃冰，本文主要内容关键词为：藏量论文,新能源论文,可燃冰论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
当人们想到能源时，脑海中总是出现燃烧和火焰，而把冰块看作是与之风马牛不相及的事物。但是今天，科学家却发现一种在特定高温低压条件下形成并稳定存在，广泛发育在浅海底层沉积物和深海大陆斜坡沉积地层以及高纬度极地地区永久冻土层中的天然气水合物——一种似冰状的白色固体物质，因含有大量甲烷而可燃，所以也被称为“可燃冰”。据估算，可燃冰其含碳量高达全球已知煤炭、石油和常规天然气含碳量的2倍，将成为人类21世纪极具潜势的洁净能源资源。
科学家测算，1立方米的天然气水合物，在常温常压下可释放164立方米甲烷气体和0.8立方米的淡水。 甲烷是人们可以用来燃烧发电的可燃气体，而且燃烧后几乎不产生任何污染物质。
天然气水合物是天然气（甲烷类）被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶形成的。温度、压力与气源是形成可燃冰的三个基本条件。首先，可燃冰在零度以上可以生成，超过20摄氏度便要分解，而海底的温度一般都在2到4摄氏度；其次，可燃冰在零度时，只需30个大气压以上就可能生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且压力越大，水合物就越不容易分解、就越稳定；最后，海底的有机物沉积，其中富含的碳经过生物转化，可形成充足的甲烷气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力和气源三者具备的条件下，便会在介质的空隙中生成天然气水合物的晶体。
天然气水合物之矿藏是1972年苏联科学家在位于北极圈内的麦索雅哈气田首次发现并确认的。其后，随着全球能源危机的加剧和人们对气体水合物认识的理论突破，人们对可燃冰的研究在全球范围内大规模开展起来。1975年，苏联科学家首先对全球可燃冰资源进行了评估并提出了评估方法。1985年，一个以美国为首多国合作的以探测可燃冰为目标的大洋钻探计划正式启动，至90年代中期这个计划的探测范围，几乎覆盖了全球所有大洋陆缘的重要潜在远景地区与高纬度极地永冻土地带。1988年，美国科学家重新评估了全球可燃冰储藏量，估算其储量高达化石燃料储量的2倍。并且还展示了目前全球可燃冰的储藏地， 其中包括30个海洋储藏地，8个大陆储藏地。
可燃冰藏地有受地理格局控制的特点，其一是分布在各大陆向海延伸的大陆边缘水深超过300米～500米的有利地带，且其大多处于海底以下100米～1100米的深度沉积地层中。 二是分布在高纬度永久冻土地区以及向海延伸的永冻层带。这一结论较好地反映了目前人们的可燃冰研究水平，其描绘出的诱人前景更把人们研究和勘探可燃冰工作推向了一个新阶段。今天，科学家已把开发和商业利用可燃冰作为研究目标，以期推动其成为我们生活一部分的时代早日来到。
要使可燃冰早日造福于人类，关键是要找出安全有效的开采方法。目前考虑的开采方案有几种：热解法和降压法，两者分别利用可燃冰温度高或压力低时即分解的特性，使其由固态分解出甲烷气体；还有科学家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应使其分解；另外还有一个新的设想，即“置换法”。研究证实，将液化的二氧化碳注入1500米以下的海水中，就会生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就会沉入海底。如果将二氧化碳注射入海底的甲烷水合物储层，二氧化碳较之甲烷易于形成水合物，因而就可能将水合物中的甲烷分子“挤走”，从而将其转换出来。但这些方法都面临着一个如何收集甲烷气体的问题。
对天然气水合物的研究，不仅能帮助我们开采与利用这一潜在新能源，同时还能够在现在基础上开发出新的常规天然气的输送技术。现在是利用低温、高压使天然气保持液化状态从而进行长距离输送，所谓低温要低到零下100多度。 如果能够实现在“天然气”的产地就将其保持为固态储存起来，那么只须维持在零下15度、常压与绝热、保温的条件就能实现固态输送了。
由于甲烷是对环境破坏作用最大的温室气体之一（甲烷造成的温室效应比二氧化碳强20倍左右），所以可燃冰又是一种危险的燃料。科学家猜测，地球气候以前出现过的破坏性影响，就可能是由于某个地方的甲烷气体大量释放造成的。比如在大约距今1.5万年前出现的一次甲烷气体释放，就使得地球的上一个冰期在很短的时间内突然终结。又如在更远的大约距今5500万年前的上新世末期，甲烷气体的释放则使得地球气候急剧升温，造成了许多海底单细胞生物的灭绝。除此之外，可燃冰开采还可能会造成大陆架边缘动荡，引发海底塌方并导致灾难性的海啸，有人提出距今8000年前那场在北欧造成浩劫的大海啸，就是甲烷气体释放引发的。
尽管可燃冰是一种“危险”的能源，但由于世界能源危机的加剧，美、日、德、印、俄等国均从能源战略和国家安全的高度出发，还是大力组织科学家倾力开展了对可燃冰的理论和开发研究工作。在这一研究中美国一马当先，欲图到2015 年实现对可燃冰的商业化开采。 美国于1982年开始实施可燃冰10年研究计划，投资200余万美元， 组织开展了多项研究，特别是对海上15个可燃冰储藏盆地进行了探索。1997年，总统顾问委员会在《21世纪能源研究和发展面临的挑战》报告中，又进一步明确推荐能源部联合有关机构尽快制定可燃冰研究计划，由此促成能源部、化石能源办公室于1999年推出了《美国甲烷水合物研究与发展项目计划》。该计划由能源部与化石能源办公室负责组织实施，调集石油工业、科学院、政府和12家实验室以及有共同利益组织机构的科研力量进行联合研究。为了充分利用现有石油工业基础和现有资料，降低研究成本，选择阿拉斯加近海北极地带进行测井和生产实验，选择墨西哥湾近海地带进行甲烷水合物风险分析和缓解技术研究，选择东、西海岸地带开展全球碳循环和海底稳定性研究。通过研究，以期最大限度地了解可燃冰作为洁净燃料的可靠性，减轻对全球气候的影响，降低开发风险，为2015年对可燃冰进行商业开发做知识技术准备。与此同时，日本作为能源结构脆弱国家在这一研究中也不甘落后，从1990年起该国地质调查局等组织便开始实施大洋钻探计划，开展了对可燃冰的形成条件、分布范围、资源评估和利用等方面的研究。1995年日本石油委员会授权国际贸易和工业部成立可燃冰开发促进委员会，负责制定了“甲烷水合物开发技术研究和发展五年计划”。该计划被纳入日本石油和天然气勘探8个五年计划之中，作为特别实施项目投资逾5000万美元。计划分两阶段实施：一是1996年完成可燃冰资源的基础地质、地化和地球物理勘探；二是1997年打一口深度850米的示范井， 以提供勘探和钻井方面的技术保障。日本地质调查局、国家资源环境所、工业研究所等国家机构和东京大学都参与了该计划。该计划1999年4月结束，目前其第二个五年计划正在实施之中。另外，德、印、俄、加、荷兰和巴西等国也都以各种组织方式，不惜投入巨资进行着对可燃冰的研究探索。
因而我们可以充满信心地预料，随着今天世界各国科学家对可燃冰研究的深入，可燃冰开发利用中面临的种种难题一定会在不久的将来得到解决。可燃冰这种藏量丰富的未来洁净新能源，一定会迅疾走进我们的生活，成为人类新世纪生活的一个重要组成部分。