未来能源之星

刘中奎

1.什么是可燃冰

可燃冰（化学式CH4·8H2O），学名天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate），它的主要成分是甲烷分子与水分子。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，分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，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形成可燃冰。

可燃冰可以看成是高度压缩的固态天然气。可燃冰外表上看像冰霜，从微观上看其分子结构像一个个“笼子”，由若干水分子组成，每个笼子里“关”一个气体分子。因其外观像冰而且遇火即可燃烧，所以被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。1m3的天然气水合物可以释放164m3的天然气。据估算，世界上天然气水合物所含有机碳总量相当于全球已知煤、石油和天然气的两倍。

2.可燃冰的形成及分布

可燃冰由海洋板块活动而成。当海洋板块下沉时，较古老的海底地壳会下沉到地球内部，海底石油和天然气便随板塊的边缘涌上表面。当接触到冰冷的海水和在深海压力下，天然气与海水产生化学作用，就形成水合物。可燃冰的形成有三个基本条件：第一，温度不能太高，在零度以上可以生成，0～10℃为宜，最高限是20℃左右，再高就分解了。第二，压力要够，但也不能太大，零度时，30个大气压以上就能生成。第三，地底要有气源。海底古生物遗骸的沉积物被细菌分解会产生甲烷，或者天然气在地球深处产生并不断进入地壳。自然界中天然气水合物的稳定性取决于温度、压力及气——水组分之间的相互关系。在上述三个条件都具备的情况下，天然气可与水生成天然气水合物，分散于海底岩层的空隙中。

自然界中的可燃冰广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。可燃冰在世界范围内分布广泛，以分布的地理命名则分为“海域可燃冰”和“陆域可燃冰”。截至目前，全世界直接或间接地发现的可燃冰矿点超过200多处。科学家的评价结果表明，仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4 000万km2，占地球海洋总面积的1/4。科学家估计，海底可燃冰的储量至少够人类使用1 000年。中国可燃冰储量十分丰富。我国可燃冰的资源潜力约800亿吨油当量，是我国常规天然气资源量的两倍，可供中国使用200年。根据研究，我国可燃冰主要分布在青藏高原的羌塘盆地和南海大陆坡及其深海。

3.可燃冰的开发利用

可燃冰的开发利用就像一柄战略性与危险性共同打造的“双刃剑”。鉴于可燃冰的广阔前景，多个国家都在积极开展可燃冰研究，但截至目前仍面临多个难题。首先，因绝大部分可燃冰埋藏于海底，所以可燃冰开采难度十分巨大。目前，日本、加拿大等国都在加紧对这种未来能源进行试开采尝试，但都因种种原因未能实现或未达到连续产气的预定目标。其次，可燃冰开采过程中风险因素较大。央视报道，据估算，全球海底可燃冰的甲烷总量大约是地球大气中甲烷总量的3 000倍，如果开采不慎导致甲烷气体的大量泄漏，将可能引发强烈的温室效应。最后，可燃冰可采还面临高昂成本问题。有报告分析，当前中国南海可燃冰开采费用达200美元/立方米，折合成天然气达6元/立方米，而常规天然气本身开采只有不到1元/立方米，整整相差6倍。

有业内专家表示，目前可燃冰的研究进度大概相当于30年前的页岩气研究情况，但考虑到气水合物的复杂性和链式环境影响，所以研究、开发进度会更加缓慢。目前为止，中国的石油对外依存度高达65%，天然气则逼近40%。可以说，未来10～15年，将是中国能源安全挑战的关键时期。根据有关部门规划，可燃冰能源预计在2030年前后将推进至商业化阶段。▲endprint