如果有人告訴你,「冰」也能燃燒,你相信嗎?有一種「冰」,真的能燃燒,而且這種「冰」現在越來越火,這就是可燃冰。
可燃冰其實並不是冰,而是在低溫高壓下由水與氣體分子組成的類冰狀籠形固體化合物。它有個更為專業的名字——天然氣水合物。
可燃冰的密度比水的密度低,為0.905~0.91g/cm3。所以,如果暴露在海水中,可燃冰會上浮。此外,可燃冰還有低熱傳導率和低電阻率等物理特性。可燃冰中的氣體主要是C1~C4的有機氣體(可燃冰能燃燒,主要就是它們的功勞)和一些非有機氣體(如二氧化碳、硫化氫等)。
據估計,可燃冰的含量約為2.0×16m3,其總含碳量是當前已探明所有化石燃料礦產(煤、石油和天然氣)總含碳量的兩倍。1m3的可燃冰中含0.8m3的純水。所以,可燃冰如果得到充分利用,不僅可以作為能源,還能夠緩解淡水危機呢。然而,可燃冰是自然界極其重要的碳儲庫,分解後可以釋放出比二氧化碳具有更強溫室效應的甲烷,使得全球變暖加劇,進而引發兩極冰山融化等嚴重後果,對全球環境和氣候變化會造成巨大影響。另外,可燃冰的分解也可能引發地質災害,如大面積陸緣滑坡、局部地區的海嘯等。
可燃冰藏身哪裡呢?它們廣泛分布於大陸邊緣的海底,以及陸域永久凍土帶。
不過,可別以為它們真的是像一塊塊冰一樣埋於地底,而我們可以像挖煤一樣對其進行開採。它們或者以結核晶體狀出現在粗粒或細粒沉積物的孔隙之間;或者以塊狀、薄層狀、片狀、針狀及浸染狀等形式存在於斷層或與斷層有關的裂隙中和深海海底。所以,有時候我們甚至能看到一塊巖石被點燃冒起熊熊火焰的景象。
儘管可燃冰是由碳氫化合物分子和水分子組成的,但是它的外觀並非都呈現白色。可燃冰因為受到其產出環境中的石油和沉積物的玷汙而呈多種色彩。從墨西哥灣可燃冰賦存區獲取的天然氣水合物呈黃色、橙色和紅色等,從大西洋(600558,股吧)海底布萊克-巴哈馬高原則獲取了灰色和藍色的天然氣水合物。
可燃冰只在相對低溫高壓的條件下才穩定,而從水合物儲層獲取樣品的過程,是將水合物從其穩定的儲層移動到船甲板等不穩定環境。在這個過程中,水合物不可避免地經歷或多或少的分解。所以,目前採集到的可燃冰樣品還比較少。
目前,可燃冰的開採方法有熱解法、降壓法和分解劑注入法。這幾種方法都是為了打破可燃冰的熱力學穩定性,使其分解。2017年5月,中國成功在南海試採可燃冰,代表著中國距離可燃冰商業開採又前進了一步。解決未來的能源問題,又有了一份保障。
(中國科普作家協會海洋科普專業委員會供稿)
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