「燃冰汽車」可續航五萬公裡的想像與現實

2017年5月18日註定成為中國乃至世界能源史上裡程碑的一天，中國在南海北部神狐海域的可燃冰試採取得了成功，中國也因此成為了全球第一個實現在海域可燃冰開採中獲得連續穩定產氣的國家。而曾被人設想的「燃冰汽國車」也似乎不再遙遠。

 文丨AutoR智駕 吳鵬飛

目前中國已穩定產氣八天，「穩定產氣」四個字將世界上首次實現在深海海底分解「可燃冰」開採天然氣的日本甩在了身後。

 

2013年日本曾嘗試進行過海域天然氣水合物的試開採工作，雖然成功出氣，但6天後由於泥沙堵住了鑽井通道，試採被迫停止。路透社稱，日本本月8日成功在日本中部沿海地區的可燃冰中提取出天然氣，不過仍未實現連續開採。

 

可燃冰，顧名思義：可以燃燒的「冰塊」，與我們印象裡的冰塊不同，這是一種把甲烷包裹在冰狀晶格下的固體結晶物質，學名天然氣水合物，化學式CH4·8H2O，俗稱固體瓦斯，常見為白色、淡黃色、琥珀色又或暗褐色。 

從化學式可以看出，可燃冰主要成分就是CH4和H2O，也就是甲烷和水。燃燒方程式CH4·8 H2O+ 2 O2== CO2+10 H2O，燃盡後最後產物為水和二氧化碳，相比於煤、石油，可燃冰是實至名歸的清潔能源。

 

可燃冰的形成並不複雜，首先需要低溫，0—10℃是最佳的生成環境；再者便是最低30個大氣壓的壓強以確保水合物不會分解，且氣壓越高越穩定；水和有機物提供C、H、O基本元素，簡而言之即為有機物沉澱「發酵」和水在低溫高壓的環境下生成可燃冰。

 

所以500-4000米水深的海洋是可燃冰生成和儲存的理想環境，97%的可燃冰都分布在海洋，剩餘的3%在極地、凍土、內陸湖泊等。

 

目前，科學探測發現，可燃冰儲量巨大，所含有機碳資源總量相當於全球已知煤、石油和天然氣總量的兩倍以上，按照目前人類能源消費量，可供人類使用一千年以上，所以可燃冰也是公認的21世紀最理想的替代能源。

而我國是可燃冰資源儲量最多的國家之一，可燃冰資源主要分布在南海海域和青藏高原凍土帶，通過先後15年的調查和評級，南海海域預計有740多億噸油當量的可燃冰，青藏地區又發現了350億噸油當量的可燃冰，未來探明的可燃冰可能還很多。

保守估計，我國可燃冰的總資源約是常規天然氣、頁巖氣等資源量總和的兩倍，按當前的消耗水平，可滿足我國近200年的能源需求。

 

1m3可燃冰可分解出164m3的甲烷氣體和0.8 m3的水,甲烷的熱值為3.6×107 J/m3，也就是說一立方的可燃冰所能產生的熱能為164m3×3.6×107 J/m3=5.9×109J，能量密度極高。

 

那麼，有很多人會想了，可燃冰能量密度這麼高，做汽車燃料如何？畢竟天然氣汽車早已不是什麼新生事物。

 

央視在昨天的報導中曾舉例：「一輛使用天然氣為燃料的汽車，一次加100升天然氣能跑300公裡的話，那麼加入相同體積的可燃冰，這輛車就能跑5萬公裡。」

 

數據喜人，不過真的是這樣嗎？

 

央視記者似乎想的過於美好了，混淆了兩者的狀態，前者能跑300公裡的「100L天然氣」應該為高壓液態天然氣，而1立方米可燃冰分解得到的「164立方米天然氣」為氣態，有物理化學常識的朋友應該能夠理解，兩者是無法直接用164倍換算的。

 

100升可燃冰所能得到的氣態天然氣為16400升，在不知道溫度、氣壓的情況下，不能精確地算出液態之後的體積。

 

央視的換算顯然是不嚴謹的，但等體積的可燃冰所能得到的液態天然氣肯定要大，所以300公裡肯定綽綽有餘，但不可能達到五萬公裡如此之多。

 

我們來對比一下，普通燃油車的郵箱體積一般為60L，以百公裡6個油的油耗來估算的話，一臺經濟型的燃油車加滿油理想狀態下最多可行駛一千公裡。新能源車裡，特斯拉最新的100D車型滿電續航為632公裡，而其他電動車品牌車型的續航均在200-400左右。

 

續航裡程雖無法和傳統燃料車匹敵，但相比於電動汽車，天然氣汽車還是有一戰之力的。日後可燃冰燃料的加入，對於汽油車威脅巨大。從環保的角度而言，可燃冰比前兩者清潔的多，燃油燃燒排放所帶來的汙染不必多說，而作為煤電大國的中國，電動汽車的「環保」理由一直受到懷疑。

 

有專家預計，未來二十年「燃冰汽車」才能進入尋常百姓家，預計可能在2020年前後才能夠突破天然氣水合物的開發技術，實現能夠適應工業化開發規模的工藝、技術和設備完善，2030年左右才能實現其的商業開發，而可燃冰的應用也遠遠不止汽車那麼簡單，但凡消耗能源的產業，可燃冰都有用武之地。

不過隨著中國在這一技術上的重大突破，可燃冰實現提前商業化的時間表有望提前。

 

對於「燃冰汽車」最重要的解決的問題是如何在低溫、高壓的環境下低成本安全地儲存、運輸、使用。

那麼有沒有可能直接讓可燃冰以固態燃料的方式驅動汽車行駛呢？

目前來看理論上是可行的。

讓可燃冰保持固態主要需要兩個基本條件：溫度和壓力。

首先，低溫，可燃冰在0—10℃時生成,超過20℃便會分解，海底溫度一般保持在2—4℃左右；其次,高壓。可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證,並且氣壓越大，水合物就越不容易分解。

所以如果可以在車上安裝一個可以保障低溫高壓的存儲器，燃冰汽車是可以成為現實的。

 

目前，可燃冰的開採目前的難題在於如何降低技術成本和環保成本，《天然氣地球科學》編輯部主任、研究員鄭軍衛說：「在海底，有水有巖石，一些淤泥中有可燃冰，一些巖石層中也儲存有可燃冰。一旦鑽孔密封不好，大量海水灌入，可能造成更大範圍內的失穩、出砂，大量的溫室氣體逸出，甚至引發海底滑坡和更大的災害。」

 

所以，可燃冰開採的關鍵技術還是鑽井技術，如果能保證有序、平穩、連續地出天然氣，就是大的突破。

 

開採可燃冰的方法有很多種，此次我國開採可燃冰利用的是減壓法，與日本的設施還有所不同，日本是在船上進行，而我國使用的是浮動的平臺，利用我國自主研發的一套水、沙、氣分離核心技術最終將天然氣取出。

 

減壓法是指通過鑽探方法或其他途徑降低水合物層下面的游離氣體聚集層位的平衡壓力，當壓力達到水合物分解壓力時，界面附近的天然氣水合物轉化為氣體和水。降低壓力能達到水合物分解的目的。

 

不論是何種方法，一旦開採不當，可燃冰極易氣化，從而加劇全球變暖，雖然可燃冰的概念股今天已經一路飄紅，但距離真正的商業化開採還有相當長的路要走，「燃冰汽車」到來也相對漫長，可燃冰技術一旦穩定，天然氣汽車沒準將再次迎來春天，相關能源產業同樣面臨革命。

近來來油價一直在低位徘徊，與頁巖氣等新能源的發現與開採技術有重大關係，同樣頁巖氣技術可採資源量為1874026億立方米與目前全球常規天然氣可採儲量為1870347億立方米相當。對於中國而言，頁巖氣資源中國也是世界第一，雖然開採面臨水資源的短缺問題，但從廣義上來看，無論是世界還是中國本身能源危機或許根本就不存在。對於在特定時間、特定地區出現的能源危機其實更準確的說法應該是能源分配危機。

那麼無論在中國還是美國一度高頻宣傳的更清潔、更環保、可替代石油的電動車如果在這諸多新能源中獲取優勢呢？

在2015年世界油價進入低位以來，馬斯克曾多次表示，特斯拉的銷售受到了影響。

而一旦儲量可供人類使用一千年的可燃冰進入市場，電動車的優勢是否會蕩然無存呢？

前途汽車董事長陸群的話也許可以做為這個疑問的一個回答，在今年的上海車展他曾向智駕君說：「電動車是高階的、高維度的產品。」

他說：「當人們的認知從一些最直白的認知向更高階轉化的時候一定是進步。人類社會中的交通工具一直在進化，從最早的純人力到利用槓桿機械來節省人工。再到蒸汽機內燃機的出現，開啟了工業革命，加速社會發展進程。從傳統的汽油車轉向靠燃料電池作為動力的電動車，就是社會發展的體現。」

「但不是因為蒸汽是取之不盡的就永遠用蒸汽機，也不會是因為汽油石油不匱乏，人類就永遠用石油，一定是有比它更好的能源在力的轉化中獲得更廣泛的使用。在新能源車上，汽車行業內部沒有人質疑這件事，電動化已成為趨勢。未來電動車成為主流是一個必然。」

陸群認為電動車相比燃油車是更高階的產品，也就是利用效率更高的產品。

不過說起中國在可燃冰開採技術上取得的巨大突破，讓智駕君聯想起今年李克強總理在政府工作報告中第一次將鼓勵新能源汽車的發展改為鼓勵推動」清潔能源「汽車的發展。

這其間也許是考慮到可燃冰可能帶來的對我國汽車產業的影響。

當然這種影響是正向的。

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