吳能友
早在1934年,人們在天然氣輸送管道中發(fā)現(xiàn)了一種酷似冰塊的堵塞物質(zhì),這是第一次在自然界中發(fā)現(xiàn)可燃冰。然而,早期對可燃冰的研究僅處于科學(xué)探索階段,直到20世紀50年代,X射線衍射技術(shù)的應(yīng)用才真正揭開了其神秘面紗。
什么是可燃冰?
可燃冰是由氣體分子與水分子在低溫高壓條件下形成的籠形化合物,水分子形成固定籠子而包裹氣體分子。其中,氣體分子主要為甲烷,此外還有少量多碳烴類、二氧化碳與氮氣等,故稱為“天然氣水合物”,又稱“甲烷水合物”。
通常情況下,可燃冰僅在低溫高壓條件下穩(wěn)定存在,呈白色或乳白色的固態(tài),外形看起來像冰,點火即可燃燒,故稱之為“可燃冰”。雖然可燃冰在我們?nèi)粘I钪胁怀R姡M成可燃冰的甲烷與水分子卻再普通不過了。事實上,由于可燃冰分子中近85%含量均為水分子,從而使得可燃冰與冰的物理性質(zhì)極為相似,密度約為0.9g/cm3,在水中將呈漂浮狀態(tài)。
可燃冰在自然界中以多種形態(tài)產(chǎn)出,其中,肉眼可見的僅為塊狀、條帶狀等,絕大多數(shù)則是以肉眼不可見的彌散狀產(chǎn)出,但將這種彌散狀可燃冰放進水中,又可見大量氣泡冒出,這是不可見的可燃冰分解后產(chǎn)生甲烷導(dǎo)致的。
可燃冰哪里有?有多少?
常溫常壓下可燃冰非常不穩(wěn)定,極易發(fā)生分解,因此自然界可燃冰僅存在于環(huán)境相對特殊的海底與陸地凍土帶。其中,99%的可燃冰都蘊藏在海底,陸地區(qū)域僅占可燃冰總量的1%。全球海域總面積的93%區(qū)域都具備可燃冰形成的低溫高壓條件。但是這種“低溫高壓”是一個相對概念。當(dāng)海水較深,區(qū)域地溫梯度較低時,深度埋藏的可燃冰可達十幾攝氏度。
根據(jù)可燃冰資源類型及賦存狀態(tài),結(jié)合我國海域地質(zhì)條件,預(yù)測我國海域可燃冰資源量800億噸油當(dāng)量。通過重點地區(qū)普查,我國在南海圈定11個可燃冰有利遠景區(qū),19個可燃冰成礦區(qū)帶,經(jīng)過鉆探驗證圈定了兩個千億方級的可燃冰礦藏。
可燃冰有何作用與價值?
非常規(guī)化石能源——可燃冰,已被許多國家作為可替代能源之一開始探尋。可燃冰燃燒產(chǎn)能巨大,一體積可燃冰分解時可釋放164—172體積的常壓甲烷氣,并且可燃冰燃燒后只生成二氧化碳和水,和煤比起來,可燃冰沒有粉塵污染,和石油比起來沒有毒氣污染,甚至和傳統(tǒng)天然氣相比沒有其他雜質(zhì)污染。而對于溫室氣體排放而言,每千立方米可燃冰燃燒較等熱值煤炭而言,可分別減排二氧化碳、二氧化硫約4.33噸和0.0483噸,且基本不含鉛塵、硫化物以及PM2.5等有害物質(zhì),所以相對于煤炭、石油等常規(guī)能源來講,可燃冰屬于綠色清潔能源。在石油與天然氣用盡之前,加大對可燃冰的研究能有效減少對常規(guī)化石燃料的依賴,實現(xiàn)其開采,也對保障我國國家能源安全具有重要意義。
可燃冰作為一種高效能源,是大自然對人類的饋贈,且與此同時,神奇的大自然還創(chuàng)造了與可燃冰密切聯(lián)系的生命體——冷泉生物。冷泉生物包括微生物與動物,作為化能營養(yǎng)型生物,以甲烷為主要的能量來源。研究海底可燃冰賦存及其可能的分解位置,也有利于發(fā)現(xiàn)全新的海洋物種。
由于大量可燃冰分布在海底,當(dāng)全球氣候變暖導(dǎo)致海平面下降時,可燃冰穩(wěn)定存在的溫壓條件將被破壞,可燃冰發(fā)生分解致使大量甲烷泄漏到大氣中,又因為甲烷溫室效應(yīng)為二氧化碳的23倍,其大量泄漏將進一步加劇氣候變暖。因此,在整個全球碳循環(huán)中,可燃冰起著舉足輕重的作用,當(dāng)其在非可控條件下大量分解時,對全球生態(tài)平衡將造成災(zāi)難性影響,引起生物大滅絕。因此,可燃冰對環(huán)境的潛在威脅應(yīng)引起高度重視。