蘇更林

顛覆常識的可燃冰

俗話說：“水火不容?！北鳛楣虘B(tài)的水，自然也是不能燃燒的?？墒牵扇急鶇s是一種可以燃燒的“冰”。那么，可燃冰到底是憑借什么顛覆了我們的常識呢？

原來，可燃冰是天然氣水合物的俗稱。它是甲烷類天然氣被包進水分子后，在海底低溫與壓力作用下形成的一種透明結(jié)晶狀物質(zhì)。由于這種物質(zhì)大多呈白色或淺灰色，看起來與冰雪十分相像，并且能像蠟燭和酒精塊一樣燃燒，因此人們就將其稱為可燃冰。

說來也怪，存在于可燃冰內(nèi)部的甲烷氣體分子和水分子倒是十分投緣。在由若干水分子組成的“冰籠”中，“囚禁”著一個甲烷氣體分子。構(gòu)成“冰籠”的水分子是以氫鍵相互吸引的，并與被鎖在其中的甲烷分子形成穩(wěn)定的籠型水合物。

它們稱得上是相依為命的兄弟，沒有了“冰籠”的保護，甲烷分子就會逸出籠外；而抽去了甲烷分子這個“房客”，那么“冰籠”也會發(fā)生塌陷。

可燃冰的“底氣”何在

在可燃冰試采成功之際，社會各界都對其給予了特別關(guān)注。那么，可燃冰的“底氣”到底是什么呢？除了可燃冰在能源上的戰(zhàn)略地位之外，可燃冰優(yōu)秀的燃燒品質(zhì)也是其走紅的底氣之一。

由于可燃冰是在低溫、高壓條件下由天然氣與水分子結(jié)合而成的天然氣水合物，因此可形成單種或多種天然氣水合物。不過，形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常被稱為甲烷水合物。

這樣的結(jié)構(gòu)特征決定了可燃冰是一種能量密度很高的能源，并且是一種很好的清潔能源。通常，1立方米的可燃冰在常溫常壓下分解后可釋放出約0.8立方米的水和164立方米的天然氣。因此，開采時只要給固體的可燃冰升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體來。

在崇尚生態(tài)文明建設(shè)的今天，我們更關(guān)心可燃冰的燃燒品質(zhì)，也就是說會不會產(chǎn)生環(huán)境污染。可燃冰在燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣或廢棄物，因此其燃燒產(chǎn)生的污染要比煤炭、石油、天然氣等小得多。因此，它可以作為未來石油、天然氣的替代能源。

沉睡在海底的“寶貝”

可燃冰的燃燒品質(zhì)決定了它非凡的應(yīng)用價值，人們稱其為“寶貝”是一點也不過分的。只是由于其深藏于海底巖石之中，開發(fā)利用難度很大。

一般來說，適于可燃冰形成的溫度在0℃～10℃，超過20℃它便會分解了。海底的溫度一般保持在2℃～4℃左右。在0℃時，可燃冰的形成需要30個大氣壓，并且壓力越大形成的可燃冰越穩(wěn)定?？扇急男纬尚枰獨庠?，也就是甲烷等天然氣。一般來說，甲烷氣源可由海底沉積的碳經(jīng)生物轉(zhuǎn)化而來。

由于可燃冰的形成需要特殊的條件，所以只能分布于特定的地理位置和地質(zhì)構(gòu)造之中。據(jù)估算，全球可燃冰的資源儲量相當(dāng)于全球已探明傳統(tǒng)化石燃料碳總量的兩倍，科學(xué)家們甚至認(rèn)為它是能夠滿足人類未來1000年使用的新能源。

“中國方案”領(lǐng)跑世界

我國可燃冰資源儲存量大約相當(dāng)于1000億噸石油當(dāng)量，其中有近800億噸分布在南海。按現(xiàn)在的消耗速度，可燃冰資源可滿足我國近200年的能源需求。

可燃冰既是一種清潔能源，同時又是一種非常危險的能源。原來，在導(dǎo)致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用是二氧化碳的10～20倍。可燃冰的不當(dāng)開發(fā)有可能導(dǎo)致甲烷氣體的泄漏，不僅會加速地球的溫室效應(yīng)，還有可能造成海洋生態(tài)的變化以及海底滑塌事件等，這無疑都會加大可燃冰開采的技術(shù)風(fēng)險與難度。

我國從1999年起對可燃冰開展實質(zhì)性的調(diào)查和研究。2004年，我國科學(xué)家開始對可燃冰鉆采進行攻關(guān)，現(xiàn)已成功研發(fā)了國內(nèi)外首創(chuàng)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水合物冷鉆熱采關(guān)鍵技術(shù)。2017年5月，中國實現(xiàn)了可燃冰全流程試采核心技術(shù)的重大突破，形成了國際領(lǐng)先的新型試開采工藝。我國進行的可燃冰試開采是世界上第一次針對粉砂質(zhì)水合物進行的開發(fā)試驗，采用的是具有中國特色的“中國方案”。

在最近進行的試開采項目中使用了大量國產(chǎn)裝備，其中的“藍鯨”一號是目前全球最先進的雙井架半潛式鉆井平臺，適用于全球任何地區(qū)的深海作業(yè)。監(jiān)測結(jié)果顯示，整個試采過程安全、可控、環(huán)保。我國在可燃冰研究領(lǐng)域走在了世界前列，對推動能源生產(chǎn)和消費革命具有十分重要的意義。

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“藍鯨”一號

“藍鯨”一號是我國自主研制的世界最大、作業(yè)水深最深、鉆井深度最大的雙井架半潛式鉆井平臺，最大鉆井深度達15240米。“藍鯨”一號凈重4.3萬噸，從船底到鉆井架頂端有37層樓高。通常的鉆井平臺都是一套鉆井系統(tǒng)，而“藍鯨”一號卻擁有雙鉆塔系統(tǒng)。雙鉆塔同時工作，一邊打井、一邊接管，鉆井效率至少提高了30%。endprint