圖為二0一七年六月九日，我國(guó)在位于廣東珠海市東南三百二十千米的南海神狐海域進(jìn)行試采可燃冰的作業(yè)平臺(tái)。
天然氣水合物又稱“可燃冰”，是水和天然氣在高壓低溫情況下形成的類冰狀結(jié)晶物質(zhì)。 （資料圖片）
俗話說(shuō)水火不相容。但是有這樣一種冰，不僅可以燃燒，其熱值還比石油多10倍，燃燒后很清潔，只生成二氧化碳和水，儲(chǔ)量據(jù)稱可供人類使用千年。這就是可燃冰，學(xué)名叫做“天然氣水合物”，也被人稱作“固體甲烷”，是甲烷為主的有機(jī)分子被水分子包裹而成，既含水又呈固體，看起來(lái)像冰，很容易被點(diǎn)燃
近日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)天然氣水合物為我國(guó)第173個(gè)礦種。今年5月，我國(guó)首次海域天然氣水合物試采成功，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)試氣點(diǎn)火60天，累計(jì)產(chǎn)氣30.9萬(wàn)立方米，平均日產(chǎn)5151立方米，甲烷含量最高達(dá)99.5%，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。
神奇的冰塊
可燃冰的能量密度非常高，同等條件下燃燒產(chǎn)生的能量比煤、石油、天然氣要多出數(shù)十倍；并且，燃燒后僅會(huì)產(chǎn)生少量二氧化碳和水，是真正的綠色能源
和石油天然氣一樣，可燃冰也是來(lái)源于古生物遺骸。這些古生物遺骸的沉積物通過細(xì)菌分解后產(chǎn)生甲烷，在低溫和高壓的環(huán)境下形成可燃冰。
可燃冰生成的溫度一般在0℃至10℃之間，超過20℃就可能分解。通常情況下，海底溫度一般保持在2℃至4℃之間，適宜可燃冰生成。另外，可燃冰在0℃時(shí)，只需要30個(gè)大氣壓就可以生成，而在海底深處，很容易保持30個(gè)大氣壓。并且，氣壓越大，可燃冰越不容易分解。
因此，可燃冰廣泛分布于深海或陸域的永久凍土中。目前，南極、北極均已發(fā)現(xiàn)可燃冰礦點(diǎn)，中國(guó)雖不屬于極地國(guó)家，但此前，我國(guó)已分別在南海海域和青藏高原凍土區(qū)鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品，使得我國(guó)成為世界上在中低緯度地區(qū)唯一擁有海底和陸上凍土區(qū)天然氣水合物資源的國(guó)家。
1778年，英國(guó)化學(xué)家普得斯特開始研究形成可燃冰的溫度和壓強(qiáng)。1934年，人們?cè)谟蜌夤艿篮图庸ぴO(shè)備中發(fā)現(xiàn)冰狀固體堵塞現(xiàn)象，這些固體其實(shí)就是可燃冰。1965年，前蘇聯(lián)科學(xué)家預(yù)言，可燃冰可能存在海洋底部的地表層中，此后終于在北極的海底首次發(fā)現(xiàn)了大量可燃冰。
可燃冰的能量密度非常高。同等條件下，可燃冰燃燒產(chǎn)生的能量比煤、石油、天然氣要多出數(shù)十倍。1立方米的可燃冰分解后可釋放出164立方米的天然氣。
由于可燃冰是天然氣和水的化合物，燃燒后僅會(huì)產(chǎn)生少量的二氧化碳和水，是真正的綠色能源。有專家估計(jì)，其資源量相當(dāng)于全球已探明傳統(tǒng)化石燃料總量的兩倍。我國(guó)可燃冰資源儲(chǔ)存量則相當(dāng)于1000億噸石油，其中南海海域是我國(guó)可燃冰的主要分布區(qū)，有近800億噸儲(chǔ)量。因此，可以毫不夸張地說(shuō)，可燃冰是一種具有重大戰(zhàn)略意義的未來(lái)能源。
大國(guó)角逐可燃冰
可燃冰低碳環(huán)保又儲(chǔ)量豐富，一躍成為現(xiàn)代社會(huì)解決能源匱乏的有效途徑，引發(fā)多國(guó)對(duì)其青睞有加，投入巨資展開研究
追溯人類能源利用的歷程，會(huì)更有助于我們了解可燃冰的價(jià)值。
人類曾在漫長(zhǎng)歷史進(jìn)程中，通過木柴等生物質(zhì)能源獲取能量。直到工業(yè)文明后，煤炭的利用使蒸汽機(jī)得以大面積推廣。再后來(lái)，石油天然氣推動(dòng)人類的行動(dòng)能力得以大幅提升。
但是，需正視的現(xiàn)實(shí)是，石油資源的漸趨匱乏是現(xiàn)代社會(huì)必須面臨的重大挑戰(zhàn)之一。
在這樣的背景下，低碳環(huán)保又儲(chǔ)量豐富的可燃冰自然吸引了人們的關(guān)注。因此，不少大國(guó)對(duì)其青睞有加，紛紛投巨資開展這一領(lǐng)域研究。
今年5月，美國(guó)能源部下屬的國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室宣布，正與得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校等機(jī)構(gòu)合作，在墨西哥灣深水區(qū)開展可燃冰開采研究。
一直以來(lái)，美國(guó)都十分重視可燃冰研究，2000年曾通過《天然氣水合物研究與開發(fā)法案》。此后，美國(guó)能源部多次撥款支持可燃冰研究，最近一次是在2016年9月，宣布投入380萬(wàn)美元支持6個(gè)新的可燃冰研究項(xiàng)目。開展本次鉆探的得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校就是受支持的項(xiàng)目方之一。
日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省資源能源廳今年5月也宣布，日本石油天然氣金屬礦物資源機(jī)構(gòu)成功從日本近海海底埋藏的可燃冰中提取出甲烷。該次試驗(yàn)開采海域位于愛知縣和三重縣附近的太平洋近海，估計(jì)該海域擁有的可燃冰儲(chǔ)量達(dá)1.1萬(wàn)億立方米，是日本天然氣年消費(fèi)量的約10倍。
這是日本第二次開采可燃冰。2013年，日本嘗試過開采海底可燃冰并提取了甲烷，但由于海底砂流入開采井，試驗(yàn)僅6天就被迫中斷。第二次試驗(yàn)持續(xù)12天后也因出砂問題中斷，未能完成原計(jì)劃連續(xù)三四周穩(wěn)定生產(chǎn)的目標(biāo)，12天產(chǎn)氣量只有3.5萬(wàn)立方米。
中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于1999年開始天然氣水合物調(diào)查，在南海西沙海槽首次發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物存在的地球物理標(biāo)志；2007年，在南海神狐海域首次鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品；2013年，在南海北部獲得了多類型的天然氣水合物樣品；2015年和2016年在南海神狐海域再次獲得發(fā)現(xiàn)。目前，我國(guó)已在南海發(fā)現(xiàn)兩個(gè)超千億立方米的礦藏，圈定11個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)、25個(gè)有利區(qū)塊。同時(shí)，今年5月我國(guó)也成功實(shí)施了海域天然氣水合物首次試采，創(chuàng)造了產(chǎn)氣時(shí)長(zhǎng)和總量的世界紀(jì)錄。
產(chǎn)業(yè)化面臨諸多難題
可燃冰雖然儲(chǔ)量大、分布廣，但現(xiàn)有海底鉆井設(shè)備很難進(jìn)行開采，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致開采失敗
但是，可燃冰開采難度之大也是業(yè)界公認(rèn)。可燃冰靠低溫高壓封存，如果溫度升高，水合物中的甲烷可能溢出；或者如果冰塊消融，導(dǎo)致壓力回升，一旦控制不當(dāng)，可能造成海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。
例如曾有地質(zhì)學(xué)家將8000年前的一場(chǎng)毀滅性崩塌歸因于天然氣水合物。當(dāng)時(shí)，挪威海岸外出現(xiàn)了高達(dá)6米的海浪。研究人員推測(cè)，甲烷氣體在海底的爆炸性釋放引發(fā)了這場(chǎng)自然災(zāi)難。
有專家表示，可燃冰雖然儲(chǔ)量大、分布廣，但形成年代要比石油、天然氣晚得多，覆蓋它的海底地層普遍是砂質(zhì)，現(xiàn)有的海底鉆井設(shè)備開采很難，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致大量砂石涌進(jìn)管道，造成開采失敗。而且，更值得關(guān)注的是環(huán)境問題，如開采不當(dāng)，水合物中的甲烷一旦溢出，可能造成巨大污染。
中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查部副主任邱海峻表示，我國(guó)此次南海天然氣水合物試采實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)創(chuàng)新，創(chuàng)新研發(fā)了“地層流體抽取法”試采技術(shù)，創(chuàng)建了天然氣水合物系統(tǒng)成藏和天然氣水合物“三相控制”開采理論，建立以穩(wěn)定地層為核心的試采理論技術(shù)體系，自主研發(fā)了鉆完井、儲(chǔ)層改造、人工舉升等試采關(guān)鍵技術(shù)，成功解決了試采的砂層流動(dòng)、天然氣水合物二次生成、井下氣水分離和長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)等世界性難題，實(shí)現(xiàn)了六大技術(shù)體系20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新，初步建立了適合我國(guó)海域天然氣水合物資源特點(diǎn)的開發(fā)技術(shù)體系。
邱海峻表示，經(jīng)測(cè)算，我國(guó)海域天然氣水合物資源量約800億噸油當(dāng)量。通過重點(diǎn)地區(qū)普查，已經(jīng)圈定11個(gè)有利遠(yuǎn)景區(qū)，19個(gè)成礦區(qū)帶，并經(jīng)過鉆探驗(yàn)證圈定了兩個(gè)千億立方米級(jí)礦藏。
不過，有關(guān)專家表示，此次我國(guó)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)首次試開采，僅是萬(wàn)里長(zhǎng)征邁出關(guān)鍵性一步，未來(lái)要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化開采，仍有長(zhǎng)路要走。
中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局副局長(zhǎng)王昆表示，今后將圍繞加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的目標(biāo)，爭(zhēng)取神狐海域試采成果最大化；同時(shí)，繼續(xù)加大天然氣水合物資源調(diào)查力度，開展重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)的詳查，提供2至4個(gè)大型資源基地，為推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化奠定資源基礎(chǔ)；此外，將開展不同類型天然氣水合物試采，把加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)放在突出位置。
“基于中國(guó)可燃冰調(diào)查研究和技術(shù)儲(chǔ)備的現(xiàn)狀，預(yù)計(jì)我國(guó)在2030年左右有望實(shí)現(xiàn)可燃冰的商業(yè)化開采?！蓖趵ケ硎?。
