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解密“未来最佳替代能源”

可燃冰的“魅”与“惑”

2014-4-25 10:50:03 作者:张高峰

2009年8月1日,一艘迷你潜艇载着时任俄罗斯总理普京潜入贝加尔湖。他此行的目的是“检阅”潜藏于湖底的珍贵能源——可燃冰。

可燃冰,学名“天然气水合物”,同时它还有一个优雅的名字——“能源水晶”。在高压、低温条件下,天然气与水混合便会产生结晶化合物,形似冰雪,点火即燃。

魅力十足的新能源

深藏于陆地冻土和海底的可燃冰因具有分布广、资源量大和能量密度大的先天优势,被人们称之为“未来最佳替代能源”。业界还流传着这样一句话:“谁掌握了天然气水合物的开采技术,谁就可以执21世纪世界能源之牛耳。”

世界上大约27%的陆地和90%的海域都蕴藏着可燃冰。不仅分布广,可燃冰的资源量也十分可观。据美国地质调查局发布的数据估计,可燃冰所蕴含的碳总量是全球已知化石燃料碳含量的2倍。

可燃冰的魅力还来源于超大的能量密度。1立方米的可燃冰在常温常压下可释放约164立方米的甲烷气体,其能量密度相当于煤炭的10倍。而且,甲烷气体燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水,相比石油、煤炭等化石能源,可燃冰更加清洁。

备受世界各国关注

日本经济产业省去年3月12日宣布,日本成功从爱知县附近深海可燃冰层中提取出甲烷,成为世界上首个掌握海底可燃冰开采技术的国家。一时间,能源界为之振奋,日本的可燃冰开采试验还被列为“2013年国际石油十大科技进展”。

为了缓解能源之困,四处环海的日本一直对可燃冰寄予厚望,并计划到2018年基本实现可燃冰商业化开发的目标。美国也不甘落后,美国国家石油委员会预测,美国将在2050年前实现墨西哥湾等海上可燃冰的大规模开采。

事实上,除了俄、日、美等国对可燃冰感兴趣之外,世界诸多国家都对开采可燃冰蠢蠢欲动,欲抢食这一能源大蛋糕。德国、加拿大、印度、韩国等均从国家层面进行规划,并投入巨资研发可燃冰开采技术,越南、马来西亚、菲律宾等南海周边的国家也在紧锣密鼓地进行前期调查与研究。

同欧美发达国家相比,我国对可燃冰的研究晚了近20年,但发展迅速。1990年起步,兰州冻土所在实验室合成了可燃冰;1995年加码,我国正式以1/6成员身份加入大洋钻探计划;2007年突破,我国在南海北部首次成功取得可燃冰样品,证实了我国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源。

困惑重重的开采路

虽然日本从海底可燃冰层成功提取出甲烷,但是距离商业化开采仍有大段距离,谈类似于“页岩气革命”的“可燃冰革命”还为时尚早。

其实,魅力十足的可燃冰犹如带刺玫瑰,让人欢喜让人忧。截至目前,如何安全、环保和经济的开采可燃冰仍是一个困扰世界的难题。各国虽对可燃冰蠢蠢欲动,但大家心里都有一个共同的底线——在没有找到理想的开采方法解决其对自然环境的影响之前,不能像常规一次性矿产资源那样大量开采可燃冰。

环境保护和降低成本是开采可燃冰需要解决的两大难题。贵为清洁能源的可燃冰,一旦开采技术应用不得当,就会导致大量甲烷气体的瞬间释放。甲烷是强温室气体,其温室效果20倍于二氧化碳。况且,当甲烷气体与海水相遇,其氧化作用会消耗大量的氧气,给海洋生物的生存带来巨大的威胁。成本高昂是开采可燃冰的另一掣肘。任何一种能源,如果没有经济性就不能实现商业化开发,更没有生存空间和发展前途。

目前,开采可燃冰大致有热解、降压和置换三种方法,前两种方法需要破坏可燃冰的存在条件使其由固态转化为气态,开采风险较大。“二氧化碳置换开采法”相对来说更为现实、更具有潜力,获取能源的同时还可以将温室气体二氧化碳封存于海底,可谓一举两得。要破解环境保护和降低成本这两大难题,关键问题还是技术进步。截至目前,世界上还没有一个国家能够对可燃冰进行大规模的商业化开采,因为现有的开采技术大都难度大、成本高,并不适合广泛推广。

我国应尽快形成可燃冰试验开采的技术能力,缩短与世界先进技术之间的差距。具体实施过程中,在合理借鉴美国和日本的成功经验的基础上,我国或可采取“先陆地后海洋”的技术路径,先在陆地永久冻土层形成一套可燃冰开采的技术体系,再去环境更为复杂的海洋去探索。△

(作者为中海油新闻中心能源研究员)

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我国可燃冰勘探开发的现状与前景

□ 阎海东

我国从1995年开始对可燃冰进行研究,近年来在可燃冰勘探开发方面也加快了步伐。

2005年4月,我国宣布首次发现世界上规模最大被作为“可燃冰”存在重要证据的“冷泉”碳酸盐岩分布区,其面积约为430平方千米。

2010年12月15日,我国科考人员在中国南海北部神狐海域钻探目标区内圈定了11个可燃冰矿体,含矿区总面积约为22平方千米,矿层平均有效厚度约为20米,预测储量约为194亿立方米,获得可燃冰的3个站位的饱和度最高值分别为25.5%、46%和43%,是世界上已发现可燃冰地区中饱和度最高的地方。

2013年12月17日,国土资源部就《2013年海域天然气水合物勘探成果》举行新闻发布会,并表示我国海洋地质科技人员在2013年6月~9月在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品,并通过钻探获得可观的控制储量。此次发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高4个主要特点,控制储量1000亿立方米~1500亿立方米,相当于特大型常规天然气矿规模。

据介绍,南海北部的可燃冰储量还只是我国可燃冰蕴藏量的“冰山一角”。在西沙海槽,科考人员已初步圈出可燃冰分布面积为5242平方千米,其资源估算达4.1万亿立方米。国土资源部宣布,将全面组织实施我国海域、陆域天然气水合物资源勘查评价,力争早日实现天然气水合物(可燃冰)开发利用。

我国是世界第三大冻土国,冻土区总面积达215万平方千米。勘探结果显示,我国陆域可燃冰储量也较为可观。2009年,我国在祁连山南缘永久冻土层下成功钻获天可燃冰实物样品,该样品埋深较浅,一般位于井深130米~396米,其组成成分主要为甲烷气体,还含少量乙烷、丙烷等。这类新类型水合物的成矿机理大致是:煤层气向上溢散,而上面有冻土层的覆盖,在高压、低温的条件下二者形成可燃冰。以同样原理成矿的可燃冰在我国青藏高原冻土层分布地区储藏广泛,青海省海拔在4000米以上的天峻县木里地区由于蕴藏丰富优质煤炭资源,也同样发现储量较大的可燃冰。目前,在青藏高原发现的可燃冰至少有350亿吨油当量。

陆域可燃冰的大量发现,对我国可燃冰开发利用意义重大。虽然海域可燃冰目前发现的储量相当可观,但在开采过程中极易破坏海底生态环境,这是在目前技术条件下困扰和束缚世界各国海底可燃冰开采的共同难题。因此,专家认为陆域可燃冰的开采前景较海域乐观。

在科技部的支持下,目前我国有关陆域天然气水合物的863项目、973项目已经启动,相关调查及开发技术研究也已纳入国土资源部“十二五”规划,与加拿大、德国等国际合作正在推进。专家认为,我国有条件、有能力彻底搞清陆域可燃冰的赋存条件、形成机理和分布特征,加快可燃冰的勘查、评价、开发和相关研究。△

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