交匯點訊 在遙遠的中國南海，不久前剛剛誕生了兩項新的世界紀錄——我國設計研發的「藍鯨2號」半潛式鑽井平臺在水深1225米的南海神狐海域，試採創造了「產氣總量86.14萬立方米，日均產氣量2.87萬立方米」。
而此次被試採的主角，正是被人類寄予厚望的神秘物質可燃冰。作為未來能源之星，它何時能走進尋常百姓家？新華日報《科技周刊》記者採訪到江蘇海洋、地質、能源專家為您解密。
清潔能源可燃冰深藏海底與凍土
作為世界主要能源，石油、天然氣已經「被消耗」了一個多世紀，人類亟待找到下一階段的替代能源。
人類對可燃冰的發現，最早可追溯到上世紀60年代，在西伯利亞凍土帶，有研究者發現了可燃冰，隨後，加拿大西海岸、日本海域、美國加州濱海，以及中國祁連山和南海相繼發現可燃冰資源。「可燃冰是由天然氣和水在高壓低溫條件下，形成的類冰狀結晶物質，主要分布在海洋或凍土中，燃燒後僅會產生少量二氧化碳和水。」 南京大學教授、江蘇省地質學會高級專家胡文瑄介紹，可燃冰是一種清潔能源，汙染比煤和石油小得多，但能量密度很高。
「研究發現，形成可燃冰需要四個必備條件：（甲烷）氣體、液態水、較低的溫度和較高的壓力，缺一不可。」江蘇科技大學能源與動力學院學院副教授宋印東說，自然界裡，只有兩種地方可以同時滿足前述四種條件：數百米深的凍土帶地下，或者一兩千米左右的深湖、深海底部及泥沙深處。它們的溫度和壓力恰好使可燃冰能夠穩定存在，於是也被稱作水合物穩定帶。
根據可燃冰所在的具體位置不同，可燃冰的形態也千奇百怪。它們有時單獨以塊狀存在，主要出現在海底，相對少見；有時與泥沙混合在一起，呈現團塊狀、網脈狀的不規則外觀。更多的時候，可燃冰以肉眼難以看到的狀態，分散儲存在泥沙顆粒之間的微小孔隙裡。雖不起眼，但全球有著可觀的可燃冰的儲量，是目前人們勘探和試採的主要目標。
宋印東表示，以目前的認識來看，潔白大塊的可燃冰儲量可能最少，泥質沉積裡的分散可燃冰儲量可能最大，但不易開採。相對容易開發的，是儲存在凍土帶地下砂層和海底砂層孔隙中的分散可燃冰。
中國儲量豐富，開採是共性難題
目前勘探的數據顯示，可燃冰的儲量極為豐富。據粗略估算，它所蘊含的天然氣資源可達到已知常規天然氣資源量的數十倍；如果按有機碳儲量計算，大約是已知煤炭、石油、天然氣有機碳總量的2倍。假如能夠大規模商業化利用，將會成為未來的能源之星，保障世界的化石燃料安全。
對中國而言，可燃冰被寄予厚望，被視作可實現彎道超車的「重要能源」。與國外相比，我國常規油氣資源不足，對外依存度很高，作為製造大國，油氣消耗量巨大，並不斷增長，因此，可燃冰一旦實現商用，中國將會走出能源困局，逐漸實現能源獨立。「中國有豐富的可燃冰資源，總量相當於1000億噸石油。」 胡文瑄談到，早在2000年左右，中國就提出了可燃冰「發展規劃」，計劃在2020年至2030年完成試採，力爭在2030至2050年實現商業開發。
近年來，世界各國對可燃冰的研究也加快了進度，除了陸地凍土帶的開發實驗外，也加快了海域可燃冰的研究與開發實驗。促使中國可燃冰計劃也「迎頭趕上」。2013年至2017年，美國和日本等率先在海底進行了可燃冰開採試驗，然而結果卻不盡如人意，「最大的問題是，無法『提純』泥沙包裹的可燃冰，致使流砂進入井筒而失敗。」胡文瑄介紹。
「可燃冰開採可不是像挖煤那樣直接挖掘。」江蘇海洋大學測繪與海洋信息學院教授周立說，可燃冰分布在沉積物的孔隙中，海底可燃冰存儲層大多由於沒有完整的圈閉構造和緻密蓋層，如果大面積挖掘沉積物，其開發過程可能引發海底滑坡、泥沙倒灌、甲烷洩漏等工程災害，隨之也對深海生態帶來負面影響。
「目前國際公認的可燃冰開採方法是原位分解法，通過外力改變可燃冰穩定存在條件而使其在地層原位分解，生成可流動的氣體和水，再採用如同石油、天然氣的開採方法，將這些流體採集到地面上。」胡文瑄說，從2017年5月，中國在南海1000多米海底進行可燃冰的開採試驗，開發了包括防砂技術在內的六大技術系列二十多項關鍵技術，讓可燃冰從海底泥沙層中「解析分離」出來，最終開採出純度很高的天然氣，2個月產氣30多萬立方米，使我國成為第一個成功開採海底可燃冰的國家，向商業開發邁出了關鍵一步。
距離大規模商用至少還需10年研究期
「按照能源發展的脈絡，可燃冰代表著未來方向。」胡文瑄強調，可燃冰的研究意義重大，它是未來大國競爭必須「搶灘」的重要戰略資源。
研究的步伐要大膽創新，但開採實驗要謹慎小心，這是中國可燃冰開發實驗的嚴謹態度。今年年初，中國在南海進行了第二次可燃冰開採，僅1個月就安全開採出86萬方天然氣，效率和性能大幅提升。「從目前2次試驗來看，中國對可燃冰的開採非常成功，但距離商業化開發還有距離。」 胡文瑄告訴記者，可燃冰賦存在海底的地質環境非常複雜，如果大規模開發，海底環境以及各項開採參數很可能都會產生變化，一旦出現意外，有可能會造成嚴重的環境災害，因此需要進行大量的實驗與模擬推演，確保可燃冰開發「綠色安全」。
「可燃冰開採過程中，會改變溫度和壓力，物理化學性質會改變，從而影響海洋環境。」周立也表示，可燃冰作為一種新型能源，在加工、運輸、儲存等環節，每道工藝都要有完整實驗，達到工業標準的體系，技術要求非常高。目前，各國的技術只能小量的試採，如果要實現大規模的強行提產，可能導致地層失穩、大面積出砂，想要實現可燃冰的長期、高效開採，還需要對當前的技術進行改進優化。
同樣，可燃冰的商業開採還存在一個成本難題：目前中國南海可燃冰的開採成本約為200美元/立方米，按當前匯率折算，折合成天然氣成本價為8元/立方米。而常規天然氣成本現在不到1元/立方米，目前還差距較大。「必須把成本降到目前天然氣成本的水平，才有商業價值。」 周立說。
「在可燃冰開採過程中，長效的生態影響是全球最受關注的前沿科學領域。」周立說，我國此次可燃冰試採實現了從「探索性試採」向「試驗性試採」的重大跨越，邁出天然氣水合物產業化進程中極其關鍵的一步。而在開採安全、海洋環境以及可燃冰的可利用價值方面都處在摸索階段，必須儘早摸清環境本底、掌握生態規律、預測開採趨勢。「可燃冰開發必須與生態環境保護並重，商業開發前必須進行長期的生態環境監測、實驗、定量評估和生態保護舉措，以確保人類安全、綠色利用這一重要的戰略資源。」
「我國兩次試採可燃冰對國家安全、技術突破和社會可持續發展都有積極意義。」宋印東認為，按照中國可燃冰研究的最新「計劃表」，步入大規模商用階段，可能還需10年甚至更久的研究與開發實驗過程。
交匯點記者 王夢然 王拓 張宣
自然資源部中國地質調查局供圖
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