這種"冰",不但可燃燒無汙染,而且熱量高,就是獲取難度大。
這就是我們所說海底天然氣水合物。
海底天然氣水合物又稱「甲烷水合物」、「可燃冰」、「固體瓦斯」或「氣冰」,是由天然氣與水在高壓(1~9mPa)低溫(-10~28℃)條件下形成的類似冰狀的結晶物質,這種物質廣泛分布於海底和大陸高緯度地區的動土地帶。
從分子結構看,甲烷分子是被水分子包裹住的,但是在天然氣水合物中甲烷的含量通常都在80%~99.9%,從而可以看出,它是一種清潔高效能源,1立方米的天然氣水合物分解後可生成164-180立方米的天然氣,其燃燒排放的汙染物一般比煤、石油、天然氣都要低很多。
可燃冰不但是清潔能源,而且蘊含的能量也非常高。如果一輛使用天然氣為燃料的汽車,一次加100升天然氣能跑300千米的話,那麼加相同體積的可燃冰,該輛汽車能跑5萬千米。
天然氣水合物的儲量極為豐富,據估計,它的資源儲量是世界上已知煤、石油、天然氣總量的兩倍,可供人類使用1000年,世界上許多國家都將其視為未來石油天然氣等替代能源。
海底天然氣水合物的形成
可燃冰是天然氣和水在高壓低溫的條件下形成的類似冰的結晶化合物,從而可以看出其形成條件主要有充足的烴類氣體來源,適當的溫度、壓力和地質構造。放眼全球海域,約有1/10的海洋具備形成海底天然氣水合物的條件。
天然氣水合物的分布
主要分布在邊緣海和內陸海的陸坡、島坡、水下高原,尤其是那些與泥火山,熱水運動,鹽、泥底闢及大型構造斷裂有關的海盆中。據有關專家估算,僅在水深為200-3000米的海底區域,海底天然氣水合物中甲烷資源量就超過2億億立方米。
國際研究進展
1963年,科學家在西伯利亞油氣田首次發現天然氣水合物。20世紀70年代初期,美國在阿拉斯加北坡的普拉德霍灣採出第一個水合物樣品,使人們認識到海洋中也存在天然氣水合物,隨後開展了更深入的研究。2003年,美國與該地區實施了一項引人注目的天然氣水合物試採研究項目。
目前世界上至少30多個國家參與了海底天然氣水合物的研究與勘探,美國、日本等發達國家的研究走在世界前列。
2006年,日本在新潟縣附近海域發現東亞第一個海底天然氣水合物區,後來又在南海海槽發現並鑽取到實物樣品。2013年成功從愛知縣附近深海可燃冰層中提取出甲烷,使其成為世界上首個掌握海底可燃冰採掘技術的的國家。
我國研究進展
我國天然氣水合物資源調查與評價工作起步晚。1995年起原地質礦產部開始天然氣水合物前期研究。1999年,國土資源部正式啟動天然氣水合物資源調查,整合了國內各方面優勢力量,經多年努力,於2007年5月在我國南海北部神狐海域首鑽獲天然氣水合物實物巖心。中國成為繼美國、日本、印度之後,第四個通過實施國家計劃成功取得海底天然氣水合物樣品的國家。
2013年我國海洋地質科技人員在廣東沿海珠江口盆地東部海域首次鑽獲高純度天然氣水合物樣品並通過鑽探獲得可觀控制儲量。
2015年在神狐海域,我國再次鑽探發現超千億立方米級水合物礦藏,鑽探區天然氣控制資源量超過1500億立方米。
2017年5月18日在南海神狐海域,我國海域天然氣水合物試採成功。此次試採成功,不僅表明我國天然氣水合物勘查和開發的核心技術得到驗證,也標誌著我國在這一領域的綜合實力達到世界頂尖水平。2017年11月16日,經國務院批准,天然氣水合物成為我國第173個床種,可燃冰的法律地位從此正式確立。
雖然可燃冰的蘊藏量巨大,而且是清潔能源,可是都埋藏於海底,開採難度非常大。而且在開採時對海洋生態環境的影響不可估量,甚至引發海嘯等海洋災害。
海底水合物不穩定、一旦穩定條件被打破,引發水合物大範圍分解,將導致全球氣候發生巨大變化,促使全球變暖,改變生態系統。
天然氣水合物主要分布在大陸坡、島坡、邊緣盆地和深水盆地等淺層沉積物中,受穩壓條件的影響其賦存狀態容易發生變化,一旦開發打破其平穩狀態,容易導致大規模海底滑坡災害。
因此,可燃冰的商業開採面臨諸多難題,需要攻克,短期內還難以實現。不過隨著科學技術的發展,可燃冰將來一定會成為人類最主要的能源。
參考資料
楊國楨等.中國海洋資源空間.2019.
中國海洋發展報告.2019.
影響歷史的100海洋事件.
南海深水地質災害.2019.
中國海洋科學概論.2018.
海洋地質學.2018.