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埋于海底的新能源(海底“可燃冰”是什么)

冰是透明的水冻结而成的,很常见。然而世界上还有一种冰,人们对它所知甚少,它就是“可燃冰”。可燃冰还有另一个名字,叫做“天然气水合物”。

可燃冰的发现早在20世纪30年代

“可燃冰”三个字道破了它的用途——可以燃烧,它是继煤、石油和天然气后,人类发现的又一种新型的能源。就外表而言,它酷似冰,是一种透明的结晶。中国科学院汪品先院士曾在接受《科技日报》记者的采访时介绍,可燃冰的发现早在20世纪30年代。当年,人们发现天然气输气管道内形成白色冰状固体填积物,这种天然气水合物给天然气输送带来很大麻烦,石油地质学家和化学家便对如何消除这种天然气水合物进行了研究。20世纪60年代前,前苏联在开发麦索亚哈气田时,在地层中也发现了这种气体水合物,这时人们才开始把气体水合物作为一种燃料能源来研究。此后不久,西伯利亚、北斯洛普、墨西哥湾、日本海和印度湾等地方相继发现了天然气水合物。人们意识到,天然气水合物是一种全球分布的潜在能源,于是掀起了20世纪70年代以来的天然气水合物研究热潮。这种天然气水合物就是可燃冰。

可燃冰的形成有三个条件,首先是温度不能太高;第二是压力要够,但不需太大,0℃时,30个大气压以上就可能生成;第三是要有气源。据估计,陆地上20.7%和大洋底90%的地区具有形成可燃冰的有利条件。绝大部分的可燃冰分布在海洋里,其资源量是陆地上的100倍以上。可燃冰中的甲烷大多数是当地生物活动而产生的。海底的有机物沉淀经历了漫长的时间后,死的鱼虾、藻类体内都含有碳,经过生物转化,可形成充足的甲烷气源。另外,海底的地层是多孔介质,在温度、压力和气源三项条件都满足的情况下,会在介质的空隙中生成甲烷水合物的晶体。

可燃冰的主要成分是甲烷和水。甲烷是一种无色、无味的可燃气体。它的形成与海底石油、天然气的形成过程相仿,而且密切相关。埋于海底地层深处的大量有机质处于缺氧环境中,厌气性细菌把有机质分解,最后形成石油和天然气(石油气)。其中许多天然气又被包进水分子中,和水在温度2℃~5℃内结晶,在海底的低温与压力下形成可燃冰。

在不同的海域,环境条件各异,因此,可燃冰存储的水深也各不相同。在赤道海区,可燃冰存储在400~650米水深的海域,但在南、北两极,可燃冰存储在100~250米海深的沉积岩中。显而易见,这是极区与赤道的水温条件不同所致。

可燃冰极易燃烧,燃烧产生的能量比煤、石油、天然气产生的都多得多,而且燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物。不难想象,当人们解决了可燃冰的开发技术后,可燃冰就可以取代其他日益减少的化工能源(如石油、煤、天然气等),成为一种主要的能源。我国海洋开发方面的研究人员已经开始关注可燃冰,有的已开始对这一能源进行研究。然而,可燃冰的开采谈何容易,时至今日,石油天然气的开发技术已经比较成熟,而可燃冰的开发还有许多问题有待解决。如果将可燃冰从深海简单地提升,那么在升出海水的过程中,随着水深变浅,水的压力降低,水的温度升高,可燃冰会融化,可燃冰中的甲烷会释放出来,而可燃冰中的甲烷含量要超过自身体积的100多倍,有可能引起可燃冰灾害,还可能造成温室效应,影响大气温度。然而无论遇到多大的困难,人类总是会向可燃冰的藏身之地进军,并终将解决开采可燃冰的技术问题。

举世关注可燃冰

据估计,全球可燃冰的储量是现有石油天然气储量的两倍。目前,在世界各大洋中已经查明的可燃冰存储区已有60多处。据测算,仅在我国的南海,可燃冰资源量就达相当700亿吨石油,约相当于我国目前陆上油气资源量总数的二分之一。在世界油气资源逐渐枯竭的情况下,可燃冰的出现燃起了人类对新能源的无限渴望。美国、俄罗斯、日本甚至还有印度都先后投巨资对可燃冰进行研究。美国总统科学技术委员会专门提出建议研究开发可燃冰,参议院、众议院有上千人提出议案,支持可燃冰的开发研究。目前美国每年用于可燃冰研究的财政拨款达上千万美元。

可燃冰全称甲烷气水包合物(Methane clathrate),也称作甲烷水合物、甲烷冰、天然气水合物。最初人们认为只有在太阳系外围那些低温、常出现冰的区域才可能出现,但后来发现在地球上许多海洋洋底的沉积物底下,甚至地球大陆上也有可燃冰的存在,其蕴藏量也较为丰富。

可燃冰,学名天然气水化合物,其化学式为CH4·8H2O “可燃冰”是未来洁净的新能源。它是天然气的固体状态(因海底高压),它的主要成分是甲烷分子与水分子。它的形成与海底石油的形成过程相仿,而且密切相关。埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中,厌气性细菌把有机质分解,最后形成石油和天然气(石油气)。其中许多天然气又被包进水分子中,在海底的低温与压力下又形成“可燃冰”。这是因为天然气有个特殊性能,它和水可以在温度2~5摄氏度内结晶,这个结晶就是“可燃冰”。因为主要成分是甲烷,因此也常称为“甲烷水合物”。在常温常压下它会分解成水与甲烷,“可燃冰”可以看成是高度压缩的固态天然气。外表上看它像冰霜,从微观上看其分子结构就像一个一个由若干水分子组成的笼子,每个笼子里“关”一个气体分子。目前,可燃冰主要分布在东、西太平洋和大西洋西部边缘,是一种极具发展潜力的新能源,但由于开采困难,海底可燃冰至今仍原封不动地保存在海底和永久冻土层内。