可燃冰,是天使還是魔鬼?
很高興回答你的問題。
今年我國在南海試采可燃冰成功,在人類新能源的應用上也是寫下了重重的一筆。可燃冰的學名其實是「天然氣水合物」,19世紀初在實驗室里被發現,20世紀30年代之後,蘇聯、美國、日本紛紛開始研究,2000年之後全球有30多個國家和地區都在研究它,我國開始立項研究天然氣水合物也是在2000年前後。雖然研究的時間不長,但是研究的進展確實是突飛猛進的。
有這麼多國家和地區願意去研究這種物質,說明它一定是有好處的,而且好處很大。天然氣水合物之所以又叫「可燃冰」,是因為它的外觀看起起來很像冰,但是遇到火就可以燃燒。
它所存在的地方,一般是在深海或者凍土之中。在低溫和高壓的條件之下,天然氣和水會形成一種很像冰的物質,壓力越大這種水合物就穩定。深海或者凍土的環境很容易滿足低溫和高壓的條件。
為什麼大家都卯足了勁兒研究可燃冰呢?
因為這是一種非常棒的能源,能源界的小天使。可燃冰在燃燒之後,幾乎不會有任何殘渣,而且可以得到大量的甲烷氣體,是一種非常清潔而高效的能源。這在環境污染越來越被人們所重視的今天,是非常重要的。
但是呢,任何事物都是有利有弊。在某些方面,可燃冰可能真的是魔鬼一般的存在。可燃冰中含有大量的甲烷,雖然能夠提供大量的能源,但和二氧化碳一樣,甲烷也是溫室氣體的一種。一旦在開採過程中甲烷泄露到大氣之中,可能會給大氣環境帶來巨大的危害。
所以說啊,可燃冰是天使還是魔鬼,還要看人類怎麼去開採,怎麼去利用啊。
可燃冰,學名天然氣水化合物,其化學式為CH4·8H2O。它是未來潔凈的新能源。早在1778年英國化學家普得斯特里就著手研究氣體生成的氣體水合物溫度和壓強。1934年,人們在油氣管道和加工設備中發現了冰狀固體堵塞現象,這些固體不是冰,就是人們現在說的可燃冰。1965年蘇聯科學家預言,天然氣的水合物可能存在海洋底部的地表層中,後來人們終於在北極的海底首次發現了大量的可燃冰。
可燃冰分布於深海沉積物或陸域永久凍土中,是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀結晶物質,燃燒後僅會生成少量的二氧化碳和水,污染比煤、石油、天然氣小很多,但能量高出十倍。
可燃冰是怎麼樣形成的呢?在一種低溫和高壓情況下(零度左右,30個大氣壓就可形成)天然氣的主要成分甲烷就像餃子餡一樣被包進了水裡(餃子皮),並且被放進了永久的海底和陸地的永凍土冰箱里。海底的有機物沉澱,其中豐富的碳經過生物轉化,可產生充足的烷類氣源。海底的地層是多孔介質,就這樣,這種神奇的餃子在這裡越聚越多。這種分散在世界各地、據估計儲量為70萬萬億立方英尺的物質也因此成為一個潛在的巨大燃料來源,其蘊含的總能量超過之前發現的所有石油和天然氣的總和。足夠讓全球人類使用1000年。
但是值得注意的是可燃冰既是資源,也是一個超級大禍害。若處理不當發生意外,分解出來的甲烷氣體由海水釋放到大氣層,將使全球溫室效應問題更趨嚴重。此外,海底的大面積開採還可能會破壞地殼穩定平衡。造成大陸架邊緣動蕩而引發海底塌方,甚至導致大規模海嘯,帶來災難性後果。
根據測算國內的永凍土區下,可燃冰的資源量相當於350億噸油量,而石油儲量是60億噸,潛力很大。經10餘年技術攻關,我國吉林大學科研團隊研發出陸域天然氣水合物冷鑽熱采關鍵技術,填補了國內該領域空白,總體達到國際先進水平。此外,該技術還獲得了2016年國家技術發明獎二等獎。
可燃冰,又叫甲烷氣水包合物(Methane clathrate)是一種固態水包裹著大量甲烷的白色固體物質。由於在許多海洋的海底都發現了這種物質的沉積物。估計的儲藏量可能非常的豐富。所以目前可燃冰被人們當成即石油,天然氣之後的又一主要的新時代能源而並受關注。
探明的可燃冰礦藏
常見的可燃冰是有一摩爾的甲烷和5.75摩爾的水構成,它的分子結構需要高壓下才能穩定,所以多見於深海海底。一般認為這些甲烷是由海洋微生物經過二氧化碳的氧化還原作用而來,經年累月富集在海底,慢慢形成與水分子包絡的可燃冰。單位體積的可燃冰的熱值是比較高的,要知道在標準情況下,一升的可燃冰可以釋放出168升的甲烷氣體。
可燃冰的分子結構和形態
同時,可燃冰的儲量豐富。目前估計的全球可開採含量大約介於0.5到2.5兆噸。這個數值很大,超過了預估的天然氣儲量(0.23兆噸)。沉澱物生成的甲烷水合物含量可能還包含了2至10倍的目前已知的傳統天然氣量。
以上是可燃冰的「天使」部分,接下來說說可燃冰的「魔鬼」部分,也就是它潛在的問題。
首先,可燃冰的開採比傳統能源更難,2013年、2017年日本兩次嘗試均告失敗。目前各個國家都還處在實驗階段,投入實際生產還需要一些時日。
其次有可能大多數礦藏的地點過於分散而使得開採在經濟上十分的不划算。
最後,甲烷是一種很強的溫室效應氣體,如果在開採過程中造成大量甲烷泄露到大氣層中,將使得溫室效應的進度極大的提前,有可能導致嚴重的暖化和物種滅絕。
可燃冰的確是一種很有潛力的資源,它的資源密度高,全球分布廣泛,被視作石油最佳的「替代品」,甚至可以供人類使用上千年。但是,可燃冰很可能並沒有我們想像的那麼好。
誤區1:可燃冰是神奇的「能量塊」
央視曾報道稱,可燃冰就像《變形金剛》中的「能量塊」那般神奇,一輛使用天然氣為燃料的汽車,一次加100升可燃冰的話,這輛車就能跑5萬公里。
但是業內人士在計算後發現並非如此:100升可燃冰中天然氣的含量大約為16.4立方米,熱值為140843千卡,換算成汽油應為17.7升。即使按目前小型最省油的汽油車計算,最多也就跑360公里,與報道中提到的5萬公里相差甚遠。
誤區2:可燃冰是一種無污染的清潔能源可燃冰的主要成分是甲烷,在燃燒後只生成二氧化碳和水,如果替代煤炭,將有助於解決空氣污染問題,因此被視作是一種清潔能源。
但事情並沒有這樣簡單,研究表明,由自然或人為因素所引起的溫壓變化,均可使水合物分解,可能會造成海底滑坡甚至氣候變暖、生物滅亡等環境災難。而根據所謂「可燃冰噴射假說」,可燃冰的噴射可能導不可的失控性變暖,讓地球恢復到二疊紀-三疊紀的恐龍滅絕時期。
誤區3:2020年實現商業化開採今年5月,我國在南海神狐海域進行的可燃冰試採獲得成功,創下了「連續產氣超過22天,平均日產8350立方米」的記錄。因此有報道稱可燃冰可以在2020年實現商業化開採。
事實上,相比我國新疆某氣田的單井日產量(最高曾到到490萬方),可燃冰日產6350方離真正的商業化開採還有很大差距。美國和日本也是最早進行可燃冰商業化開採研究的國家,但美國地質調查局則認為最早也要到2025年才能看到成效,而日本的商業化開採時間表已經推遲到了2023-2029年。
美國有線電視新聞網(CNN)等多家外媒曾報道稱,對於能源行業而言,可燃冰戰略意義重大,其重要性可與美國的頁岩氣革命相媲美。
美國「頁岩氣」革命的爆發,關鍵源於水平鑽井和水力壓裂兩項關鍵技術的突破,此外還有天然氣管道系統的完善、土地使用權交易的流動性、市場自由化程度較高等條件。而可燃冰目前開採的技術沒有關鍵突破,開發成本也非常高(高達每立方米200美元),再加上現如今全球低迷的天然氣價格(由頁岩氣革命導致),可燃冰的的研發投入也會受影響。
21年前的夏天,德國科學家在北太平洋海底800米深處,第一次取出可燃冰樣品,並使人類第一次看到,冰雪般的東西被點燃後,發出魔幻般淡紅色的火焰,耗盡能量後,碩大的冰塊竟變成了一攤清水……
1.可燃冰的由來
可燃冰的學名叫甲烷水合物,它的形狀像石蠟遇熱未融化前的樣子,潔白而綿軟。它是甲烷氣體和水分子在高壓低溫作用下的特殊產物,它像地毯一樣覆蓋了10%的海底,總面積達4000萬平方公里,深度在數百米到數千米不等。據科學家估計,全球可燃冰總儲量高達2.5萬萬億立方米,是石油、天然氣和煤總儲量的兩倍,假如能夠安全開採,至少可供人類使用數百年。
按美國科學家的說法,可燃冰是海洋微生物和海底油氣在海洋板塊作用下的產物。因為佔地球2/3的生命是由生活在海床下微生物構成的,那裡沒有氧氣,一片黑暗,億萬年來,不計其數的微生物從不停歇地製造著甲烷。另外,當海洋板塊下沉時,海底油氣隨板塊邊緣噴涌而出,在接觸到冰冷的海水後,天然氣與海水發生化學作用,日積月累,在高壓低溫的作用下,就形成了浩瀚厚實的可燃冰,像地毯一樣沉睡在海底。
可燃冰儲量最多的國家是俄羅斯,其次是日本、加拿大和美國。據美國地質勘探局估計,美國的可燃冰蘊藏量為9600萬億立方米,是國內傳統天然氣儲量的200倍,豐厚的利潤自然引起投資者的關注。可是,美國科學家卻一再告誡政府,對可燃冰的開發務必慎重,因為這種極易揮發的氣體曾經多次危害環境,甚至會給地球生物帶來滅頂之災。
2.可燃冰延遲開發的原因
時值NASA(美國國家航空航天局)進行「阿波羅計劃」時,NASA的燃料專家正在苦尋可以替代液氧的質量更輕、熱值更大的燃料。因為體型龐大的「土星」火箭進入太空後,最多時每秒需消耗13噸燃料,極大地壓縮了宇宙飛船的有效載荷。得知可燃冰的存在後,美國科學家興奮不已,立刻確定為國家級科研項目,全力以赴地投入分析研究,希望以最快的速度佔領可燃冰這塊世界新能源高地。他們制定了《國際深海鑽探計劃》,派出當時世界最先進的「格洛瑪·挑戰者號」鑽探船,連續在各大洋海域的450個點,打出了700個鑽孔,同時進行了80次深海鑽探,取得了大量的珍貴資料。
對可燃冰的研究,美國科學家一直處於世界領先水平,但他們遲遲沒有進行後續開採動作。有人猜測,美國人重點進行理論研究,因為他們希望在未來的星際旅行時,開發其他星球上甲烷水合物,用作飛船能源,在即將到來的星際大開發中確保難以撼動的領先地位。
其實,情況遠非那麼簡單。就在各國科學家紛紛建議政府投資開發可燃冰,以解煤炭、石油等能源告罄之虞時,美國科學家卻告誡世人審慎開發可燃冰,因為它可能加劇溫室效應,即使是極少的可燃冰被釋放到大氣中,後果可能都是災難性的。
3.可燃冰是天使還是魔鬼 ?
目前,科學界對可燃冰開發有兩種觀點:以美國俄勒岡大學的地質學家格雷沃里為首的一派認為,甲烷水合物是自然界中隱身的惡魔,會不定期地向地球發難,應是人類今後重點防範的自然災害之一。
遠在2.5億年前,在二疊紀末期,一種突然降臨的災害,短時間內毀滅了地球上的大部分生物。科學界普遍認為是一顆小行星撞擊地球所致,但格雷沃里認為是海底積存的巨量的甲烷發生爆炸,導致氣候溫度驟然上升,泛濫至地面的大火消耗了大氣中的氧,所以多數地球生物相繼斃命,甚至包括很多魚類。他估計,北冰洋可能是今後甲烷水合物泛濫的導火索。因為那裡可燃冰大多在淺海,並且得益於低溫而非高壓,所以一旦發生溢出爆炸,就是上帝降臨也束手無策。
另一種觀點是,可燃冰就像陸地的森林,生生息息,自有規律,即使作用於自然,也不是很嚴重的,完全不必杞人憂天。這種觀點的代表人物是加利福尼亞大學聖芭芭拉分校的海洋地質學教授海格爾。
海格爾說可燃冰的變遷會給地球帶來災難性後果還沒有直接的證據,很多人可能是被它龐大的儲量給嚇壞了。問題其實沒有那麼嚴重,即使有甲烷溢出,也是非常少的,根本不足以影響氣候。在俄勒岡附近的海面,他曾對一塊漂浮的可燃冰進行追蹤,很遠就能看見它光閃閃的一片,起初還以為它正在釋放甲烷氣體,接近一看,原來它釋放的氣泡被石油包裹著,故而五光十色。他做了觀察試驗,發現有相當多的可燃冰會自行溶解在海水裡,而沒有釋放出來。這充分說明,可燃冰釋放的甲烷也是海洋食物鏈的一環——海水裡的需氧菌會消耗甲烷,而進入大氣的部分卻是甲烷消費者釋放的二氧化碳。
令人欣慰的是,中國開採可燃冰計劃將開採活動可能對環境的影響考慮在先,自始至終對作業周邊海域的空氣變化進行密切的追蹤監測。在試采可燃冰的過程中,一方面,中國工程技術人員根據甲烷水合物區海底地形地貌特徵、工程地質特徵、水合物儲層特徵,通過合理設計井位及降壓方案,從工程設計上避免發生甲烷泄漏所引發的環境問題和災害問題;另一方面,技術人員通過布設海底地形、氣體滲漏等監測設備,構建了海水——海底——井下一體化環境安全監測體系,實現了對溫度、壓力、甲烷濃度及海底穩定性參數的實時、全過程監測,確保整個開採過程安全、友好、可控、環保。
中國此次安全環保試采可燃冰的意義,比其獲得經濟價值更珍貴,因為它一定會為人類未來大規模開發可燃冰提供寶貴的經驗。
中國「海洋六號」專門調查可燃冰
據估計,在我國215萬平方公里的凍土區下,可燃冰的遠景資源量可達350億噸油當量;我國海域可燃冰控制資源量達40億噸油當量。按照中國戰略規劃的安排,2006~2020年是調查階段,2020~2030年是開發試生產階段,2030~2050年,中國可燃冰將進入商業生產階段。 中國在南海西沙海槽等海區已相繼發現存在天然氣水合物的地球物理標誌BSR,這表明中國海域也分布有天然氣水合物資源,值得開展進一步的工作。同時,青島海洋地質研究所已建立有自主知識產權的天然氣水合物實驗室並成功點燃天然氣水合物。
經國家正式批准,我國從2002年起正式啟動了對我國海域可燃冰資源調查與研究專項。專題調查行動圈出南海北部7個遠景區共19個成礦區帶。2005年4月14日,中國在北京舉行中國地質博物館收藏首次發現的天然氣水合物碳酸鹽岩標本儀式,宣布中國首次發現世界上規模最大的「可燃冰」即天然氣水合物存在重要證據的「冷泉」碳酸鹽岩分布區,其面積約為430平方公里。在南海東沙群島以東海域發現了大量的自生碳酸鹽岩,其水深範圍分別為550米~650米和750米~800米,海底電視觀察和電視抓鬥取樣發現海底有大量的管狀、煙囪狀、麵包圈狀、板狀和塊狀的自生碳酸鹽岩產出,它們或孤立地躺在海底上,或從沉積物里突兀地伸出來,來自噴口的雙殼類生物殼體呈斑狀散布其間,巨大碳酸鹽岩建造體在海底屹立,其特徵與哥斯大黎加邊緣海和美國俄勒崗外海所發現的「化學礁」類似,而規模卻更大。
2007年,中國首次在神狐海域鑽獲可燃冰實物樣品,證明南海可燃冰資源遠景良好。2009年9月25日,中國地質部門在青藏高原發現可燃冰,這是中國首次在陸域上發現可燃冰,使中國成為加拿大、美國之後,在陸域上通過國家計劃鑽探發現可燃冰的第三個國家。2011年11月,中國「海洋地質、礦產資源與環境」學術研討會在廣州召開,由廣州海洋地質調查局承擔的可燃冰專題調查工作取得重大進展,2011年已在南海圈定了25個成礦區塊,控制資源量達到41億噸油當量。 2012年5月,中國第一艘自行設計的可燃冰綜合調查船「海洋六號」,2013年3月深入南海北部區域,對可燃冰資源進行新一輪「精確調查」。8月8日,「天然氣水合物成礦預測技術研究」課題通過了國家863計劃海洋技術領域辦公室組織的專家驗收。
「目前可燃冰的開採主要面臨三個問題:一是技術層面上的困難;二是成本是否合算;三是環境破壞的問題。相對海底可燃冰的開採,陸域可燃冰要容易、更環保一些」,浙江工業大學「可燃冰」研究資深教授裘俊紅說,「我國會先從陸地凍土進行試驗、開採,然後再運用到海底可燃冰的開採。計劃2020~2030年為可燃冰開採試生產階段,2030~2050年進入商業開採階段。」對於「可燃冰能否成為繼石油、天然氣之後的重要新能源」的問題,裘俊紅說,當今世界對常規石油、天然氣資源的消耗巨大,預計在四五十年之後全球的油氣資源就會枯竭。可燃冰與石油天然氣相比,具有儲量大、使用方便、燃燒值高、清潔無污染等優點,所以,可燃冰可以被作繼石油、天然氣之後人類所依賴的重要新能源,但國人真正能用上可燃冰至少還需要20年的時間。
開採不慎會給地球帶來災難
可燃冰開採在為人類提供新能源的同時,也有可能帶來巨大的環境風險甚至是災難。可燃冰中甲烷的溫室效應是二氧化碳的20倍,全球海底可燃冰中的甲烷總量約為地球大氣中甲烷總量的3000倍,如果可燃冰在開採過程中發生泄漏,大量甲烷氣體分解出來,經由海水進入大氣層,全球溫室效應將迅速增大。大氣升溫後,海水溫度也將隨之升高,加上地層溫度上升,將造成海底的可燃冰自然分解,進而引發可怕的惡性循環。
集中大量開採可燃冰,還可能造成大陸架位移甚至海床塌方。據計算,從地下開採1立方米的可燃冰,將在地下形成164立方米左右的壓力空缺。另外,固結在海底沉積物中的水合物,一旦條件變化使甲烷氣從水合物中釋放出來,還會改變沉積物的物理性質,進而大大降低海底沉積物的力學特性,使海底軟化,很可能會出現大規模的海底滑坡,毀壞諸如海底輸電、通訊電纜或海洋石油鑽井平台等重要設施。
即使到現在,可燃冰的資源利用率也還是個值得探討的問題。世界上已發現的可燃冰分布區多達116處,其礦層之厚、規模之大,是常規天然氣田無法相比的。據科學家估計,海底可燃冰的儲量至少夠人類使用1000年。但眾所周知,並非所有埋藏資源都可以充分利用,從技術、經濟角度看,可以開採的石油僅占存量的三四成,天然氣則為六七成。可燃冰能夠得到何種程度的開發利用尚不明確。另外,從可燃冰中分離的氣體體積較大,難以運輸,需要建造管道或將氣體液化。也就是說,不僅是開採,儲存以及運送到使用地的費用也是相當之高。
要解決這些問題,就必須深入分析可燃冰的物理化學性質,進行水合物複雜系統相平衡研究,分析可燃冰主要物理化學性質(穩定性、結構、生成的熱焓、熱容、導熱率等),詳細研究天然氣水合物(可燃冰)的各項平衡,探索水合物形成和分解的動力學條件,尋求防止水合物形成的抑製劑和阻化技術;進行油—氣—水系統中水合物生成的模擬實驗,並要建立預報水合物生成的預警系統,探索管道水合物生成防治和天然氣固化技術。
目前,可燃冰開發的最大難點是保證井底穩定,使甲烷氣不泄漏、不引發溫室效應。針對這一問題,日本提出了「分子控制」開採方案。天然氣水合物礦藏的最終確定必須通過鑽探,其難度比常規海上油氣鑽探要大得多,一方面是水太深,另一方面由於天然氣水合物遇減壓會迅速分解,極易造成井噴。日益增多的研究成果表明,由自然或人為因素所引起的溫壓變化,均可使水合物分解,可能會造成海底滑坡甚至氣候變暖、生物滅亡等環境災難。由此可見,「可燃冰」帶給人類的不僅是新的希望,同樣也是巨大的挑戰,只有合理的、科學的開發和利用,「可燃冰」才會真正為人類造福。
目前,美國、加拿大、俄羅斯、印度、韓國等國家雖然都制定了有關可燃冰的長期研究計劃,有的甚至打算在5~10年內就實現可燃冰的商業開採,但由於擔心技術不成熟可能導致海底大量溫室氣體湧入大氣加速全球變暖,各國在開採設計上都非常謹慎。
日本人對「可燃冰」急不可耐
今年3月12日,日本經濟產業省宣布,從距日本海岸約80公里處的海上,成功將「可燃冰」中提取出來。作為全球首次通過分解海底水合物獲得天然氣,日本對可燃冰這種新興能源的開發又進了一步。日本方面甚至表示,對於能源匱乏的日本來說,可燃冰大有希望成為其新一代的「國產燃料」。這次採掘試驗由日本經濟產業省屬下的石油天然氣金屬礦物資源機構實施。該機構利用日本的「地球」號深海探測船,從愛知縣渥美半島附近約1000米深的海底挖入300米深後豎起鑽井,通過降低地層壓力的方法將混合著沙粒以固體形態存在的可燃冰分解為水和甲烷氣體,並取出甲烷氣體。
日本長期受到能源匱乏的困擾。更要命的是,2011年3月福島第一核電站事故後,日本核電站相繼停止運轉。為彌補電力缺口,日本不得不依賴火力發電,用於火力發電的天然氣、石油等進口猛增,使日本出現巨額貿易赤字。日本期待通過可燃冰的商業化生產降低甚至擺脫對外依賴,實現能源自給。為此,日本經濟產業省試圖通過開發甲烷氣體資源緩解能源短缺。事實上,自上世紀80年代,日本即已展開了對可燃冰這一能源新寵的研究。1996年,日本經濟產業省下屬的研究所就曾表示,估計日本近海地區埋藏的可燃冰可提供的天然氣量大約足夠日本使用100年,從而極大鼓舞了日本開發可燃冰作為替代能源的積極性。
然而,喜悅的心情還未平復,7天後日本經濟產業省就對外宣布,18日凌晨,將可燃冰分離為天然氣和水的裝置內混入了泥沙,導致無法正常取得天然氣。由於預計現場天氣將會惡化,技術人員放棄了修理的打算,只是說今後將一方面檢修設備,一方面在2014財年前往其他地點嘗試開採。看樣子,即使是技術先進、急不可耐的日本,對於可燃冰這種「前途遠大」的新能源也只能是望而興嘆。
可燃冰是水和甲烷在高壓、低溫條件下混合而成的一種固態物質,存在於海底或陸地凍土帶內。由於純凈的天然氣水合物呈白色,形似冰雪,可以像固體酒精一樣直接點燃,因此被形象地稱為「可燃冰」。1立方米可燃冰可釋放出160~180立方米的天然氣,其能量密度是煤的10倍,而且燃燒後不產生任何殘渣和廢氣。研究結果表明,這種分散在世界各地、據估計儲量為70萬萬億立方英尺的物質是潛在的巨大燃料來源,其蘊含的總能量超過之前發現的所有石油、天然氣的總和。目前,可燃冰已成為世界各國爭相研究、勘探的重要對象。
近日,從國土資源部傳來一個好消息,自2009年啟動的「天然氣水合物成礦預測技術研究」課題已經通過了國家863計劃海洋技術領域辦公室組織的專家驗收。這一科研成果為天然氣水合物成礦預測提供了較完整的解決方案,先行解決了許多技術上的難題。
可燃冰又稱氣冰、固體瓦斯,學名叫天然氣水合物,被譽為21世紀最理想的潛在替代能源,主要蘊藏於陸地永久凍土帶和海底全球海洋總面積90%的具備天然氣水合物生成條件。
隨著傳統油氣資源的枯竭,人類急需尋找新的可替代能源,天然氣水合物的發現無疑給人們帶來了新的希望。天然氣水合物石油天然氣與水分子在高壓和低溫條件下結合形成的一種固態結晶物質,多呈白色或淺灰色,外觀像冰且點火即可燃燒。
可燃冰
據估算全球天然氣水合物蘊藏的天然氣資源總量約為21000萬億方,可滿足人類1000年的需求。目前已有40多個國家相繼開展了天然氣水合物的研究和勘查,其中加拿大在陸地永久凍土區、日本在海域進行了試開採。
我國海域天然氣水合物試采將使用深水半潛式平台通過降壓進行開採,首先,平台從動員位置自航至作業井位,然後進行鑽探、安裝試驗設備、降壓試氣等一系列試采作業程序,直至點火試采成功。
據測算,我國南海天然氣水合物的資源量約為700億噸油當量,與全國陸海常規與非常規天然氣地質資源量總和大致相當。海域天然氣水合物試采工程的實施,將提升我國天然氣水合物領域的科技創新能力,搶佔天然氣水合物商業化開發先機,加速推進我國能源結構調整。
中國成全球可燃冰開採第一國
開採成功
5月10日起,中國地質調查局從我國南海神狐海域水深1266米海底以下203-277米的天然氣水合物礦藏開採出天然氣。經試氣點火,已連續產氣8天,最高產量3.5萬立方米/天,平均日產超1.6萬立方米,累計產氣超12萬立方米,天然氣產量穩定,甲烷含量最高達99.5%,實現了預定目標。
可燃冰燃燒試驗
這次試采成功是我國首次、也是世界首次成功實現資源量佔全球90%以上、開發難度最大的泥質粉砂型天然氣水合物安全可控開採,為實現天然氣水合物商業性開發利用提供了技術儲備,積累了寶貴經驗,打破了我國在能源勘查開發領域長期跟跑的局面,取得了理論、技術、工程和裝備的完全自主創新,實現了在這一領域由「跟跑」到「領跑」的歷史性跨越,對保障國家能源安全、推動綠色發展、建設海洋強國具有重要而深遠的影響。
「深海航母」助力試采海底可燃冰成功
承擔此次國家重大戰略任務,並成功試采可燃冰的「藍鯨1號」,是全球最先進超深水雙鑽塔半潛式鑽井平台,正是由中集來福士海洋工程有限公司(簡稱「中集來福士」)自主設計建造的,藍鯨海洋工程公司聯合中國石油集團海洋工程有限公司共同履行平台運營服務合同。
可燃冰開採平台
據中集集團內部人士向第一財經記者表示,之前被業界稱為D90的「藍鯨1號」是世界唯一的、兩座第七代超深水鑽井平台,鑽井深度已達到海面以下15公里,面對12級颶風仍可保持巋然不動。
據介紹,「藍鯨1號」擁有27354台設備,40000多根管路,50000多個MCC報驗點,電纜拉放長度120萬米。作為最先進一代超深水雙鑽塔半潛式鑽井平台,該平台不僅在物理量上遠超於其他項目,而且在設計建造過程中,克服了技術攻關、項目管理、全球採購、實際作業應用等諸多挑戰。
哪些產業將受益?
國土資源部中國地質調查局副局長李金髮在央視新聞中表示,這一次天然氣水合物的試開採成功,將會是繼美國引領頁岩氣革命之後的,由我國引領的天然氣水合物革命,將會推動整個世界能源利用格局的改變。中共中央、國務院賀電中也指示下一步促進天然氣水合物勘查開採產業化進程。
可燃冰開採
中國地質調查局預計,或在2020年前後突破天然氣水合物的開發技術,實現能夠適應工業化開發規模的工藝、技術和設備完善,大約再經過10年左右提升,到2030年前後實現天然氣水合物的商業開發,那時候可能大家就能使用可燃冰作為燃料的汽車了。
以目前的進程來看,可燃冰經濟性開採無論是技術還是商業化進程都已經超預期。平安證券分析師表示,目前可燃冰主要為油服板塊帶來主題投資機會,A股上市公司中,重點關注受益可燃冰海上鑽井服務和隨鑽測井服務的中海油服、海油工程,關注受益可燃冰完井服務和生產、儲運環節的傑瑞股份、恆泰艾普、惠博普、富瑞特裝。
科普知識:可燃冰,可以燃燒的冰塊兒?
事實上,人們對這類「冰塊」的探究由來已久,最早可追溯到兩百年前,那時石油還沒有開始大規模開發與利用。
1810年,英國科學家漢弗萊·戴維在實驗室中將氯氣通入了水中,結果在0攝氏度以上出現了固體狀的「冰塊」,而且確定不是水結成的冰塊。
因為通常情況下,0攝氏度以上的溫度條件是不會結冰的。本來水和氣是不相容的,但在一定條件下,它們竟然結合在一起形成了單獨的一種冰狀晶體。
由此,人們首次意識到了竟有「氣水合物」這種物質。
至此之後,人們出於科學探索上的好奇,再也沒有停止過對氣水合物的研究和探索,研究人員紛紛把各種各樣的氣體例如甲烷氣、二氧化碳氣等通入水中試一試,看是否能夠形成類似的「冰塊」。
隨著實驗條件的不斷進步,科研已經在實驗室中證明,只要條件合適,幾乎所有氣體都可以和水生成類似的「冰塊」。
遺憾的是,當時這一切的發現都只是停留在實驗室的局部範圍內,並沒有在更大的層面上引起足夠重視。以至於人類後來將能源利用的目光鎖定在了石油上,轟轟烈烈地開始了一個世紀之久的尋找和爭奪石油的大戰。
一次意外的事件使得可燃冰引起了人們的廣泛關注,而這相距實驗室中發現可燃冰晶體已經過去了近一個世紀。
1934年,美國工程人員在阿拉斯加的天然氣輸送管道里發現,有一些異常的「冰塊」堵塞了輸氣管道,並且難以根除,這給天然氣輸送帶來極大的麻煩,後來查明這種冰塊就是可燃冰。
也就是說一定條件下,管道中存有的水與天然氣結合形成了可燃冰固體,從而阻斷了管道的連通,人們這才認識到了可燃冰的重要性,只不過是從負面的角度。
至此之後,人們對可燃冰的研究工作開始逐步深入。
但是,研究人員一開始似乎本末倒置了,他們把主要精力放在如何消除輸氣管道的堵塞上,以期在工業條件下對可燃冰進行預測和清除,並沒有考慮將可燃冰作為一種能源加以研究和利用。因此,那時候人們希望這種「冰塊」越少越好,只要能保證天然氣管道正常輸送就謝天謝地了。
1968年人們在前蘇聯西伯利亞北部的麥索雅哈氣田首先發現了可燃冰,並成功實施了試驗開採,一直持續了幾十年。這成為可燃冰勘測與開發過程中的經典一幕。至此,人們對可燃冰在未來能源結構中所扮演的角色開始了重新定義,可燃冰作為石油接續能源的概念才逐步清晰起來。
可燃冰在自然界大面積存在,這已在全球大範圍的地質勘探中得到證實,並且為各國科研人員所普遍公認。
根據可燃冰賦存的條件推斷,目前在地球上大約有30%的陸地是可以形成可燃冰的潛在地區,而在大洋水域中約有90%的面積也屬於這樣的潛在區域。談及可燃冰的具體儲量,由於採用的標準不同,各國的不同研究機構對全球可燃冰總儲量的計算值有不小的出入。
但無論採取哪種標準計算,可燃冰的儲量在數值上都堪稱天文量級。
目前,研究領域公認的數據是可燃冰所蘊含的碳含量高達×1013噸之多,是目前已探明的所有常規化石燃料包括煤炭、石油、天然氣等碳含量總和的兩倍。換句話說,按照目前人類社會的能源消耗水平,全球可燃冰中蘊藏的能量足以供人類利用數百年。
儘管上述的儲量數字已經極為可觀,但一部分科學家仍然堅持這是比較保守的估算,他們報有更樂觀的期待。由此也難怪能源學家驚呼,可燃冰是繼煤炭和石油之後大自然奉送給人類的又一「能源厚禮」。
儘管可燃冰開採上的難度不小,目前還沒有形成一套成熟和有效的開採方案。但是,現有的條件下開發可燃冰並不存在難以逾越的技術障礙,這是可燃冰作為石油替代能源的關鍵問題所在。我們正視可燃冰資源開發中所面臨的種種困難,但卻無須過分地放大這種困難。
我們不妨回過頭來看看石油的開採歷程,這有助於我們認識到問題的本質。
我們現在所面臨的問題就像在石油利用之初人們面對幾千米下的油層一籌莫展一樣,如果早期的工程人員一開始就失去了衝出困境的勇氣,對面臨的難題想當然地認為束手無策的話,石油或許仍靜靜地躺在幽深的地層中,等待著我們去發現和開採。現在看來,這些當初石油開採過程中所面臨的難題都稱不上為難題了,甚至有些問題都是小兒科。大多數橫亘在石油開採人員面前的問題已經得到了完美地解決。
正像硬幣的正反兩面一樣,任何事物都會有優劣之處。玫瑰看起來嬌艷無比,但一定不要忘記它帶著刺,可燃冰就是這樣一朵帶刺的玫瑰。儘管其在全球的儲量十分龐大,開發前景無限廣闊,但這絲毫不能掩飾當前的現實困境。
可燃冰在自然界的賦存環境是有條件限制的,即高壓力、低溫度的特殊環境,通常壓力要求達到100個大氣壓以上,溫度要達到10攝氏度以下。在這種環境下,可燃冰才可以「舒舒服服」存在,而一旦破壞了這種環境,可燃冰將無法適應,難以保持原有的穩定狀態。就像冰雪在溫度較高時消融一樣,可燃冰在這種情況下自然也會融解,很快分離成天然氣和水。
當周圍環境沒有變化時,可燃冰在海底地層或者凍土層中會穩定地存在,但如果人們將其開採後帶離到海面或地面上時,由於賦存環境遭致了破壞,可燃冰將很快會融解並氣化,瞬間就消散得無蹤無影。可燃冰對環境的變化十分敏感,因此指望大規模開採出可燃冰的固態晶體是不現實的,當然也是不必要的。
人們恰恰可以利用可燃冰對環境變化比較敏感的特性來實現對其開採。通過人為地改變可燃冰的賦存條件,促使可燃冰先分解成天然氣和水,然後再按照開採常規天然氣的方法那樣開採可燃冰,這不失為一種解決開採難題的迂迴之策。
目前可燃冰的各種試驗開採方法如熱解法、減壓法和注入試劑法等都是遵循了上述的技術路線。比如,熱解法是向含有可燃冰的地層中注入熱水,通過改變可燃冰賦存的溫度條件,使得可燃冰分解出天然氣以便採收。
除了上述幾種方法外,科研人員還設想出一種新方法,也就是置換法。即讓二氧化碳氣體分子把寄居在由水搭建的籠子中的甲烷或乙烷分子「驅趕」出來,而二氧化碳分子最終將佔據這些籠子。實際上就是用二氧化碳氣體把可燃冰里的天然氣置換出來。由於二氧化碳氣體形成的水合物其比重比海水大,於是就會沉入海底深埋,這樣相當於將大氣中的二氧化碳氣體轉移到海底,既可以減緩大氣中的溫室效應,又開採利用了天然氣。當然這種一舉兩得的方法目前還處於最初的設計階段,距離真正的應用還有很長一段路要走。
無論採取上述哪一種開採方法,安全性方面都面臨著重大的難題。即如何有效收集可燃冰分解出來的天然氣;同時,如何保證開採過程中含可燃冰地層的穩定也是重中之重。
我們知道,可燃冰中的主要氣體組分甲烷氣是溫室效應極強的氣體之一,如果甲烷氣大量泄露到大氣中,將會加劇地球環境變暖,使地球溫度升高,導致冰川融化等一系列環境問題。這顯然是我們不願看到的,也是可燃冰開採過程中必須極力避免的。
另外,可燃冰開採後會導致原本結構穩固的沉積層被「掏空」,海底地層的支承力由此變弱,在外力的誘發下容易造成大陸架邊緣動蕩,引發鑽井變形或坍塌、海底滑坡等地質災害,嚴重的情況還會引發可燃氣體爆炸、海嘯等災難性事故。
雖然當前條件下可燃冰還不足以規模化開採,一旦有了技術上的突破與完全商業化的利用方案,可燃冰的開發將會一發不可收地而大規模開展起來。可以肯定,可燃冰作為下一代主導能源只是早晚問題。
中國現在的地下可燃冰的儲量接近全球石油的儲量還有可燃冰的能量是石油的十倍你想一下石油都用多少年了所以可燃冰技術的成熟將徹底緩解國內石油天然氣大量依賴進口的格局。
真真實實的感受到科技在進步了,雖然商業開採可燃冰還有這樣那樣的問題,這樣那樣的風險,但步子總要一步一步邁,總會有解決的那一天
有人說,不,現在又再說可燃冰開採會影響全球氣候,但是說的好像現今的能源污染和危害比可燃冰少一樣的。
有人說,可燃冰開採有風險的,海底大陸架下面的可燃冰開採完了,在巨大的海洋壓力下會坍塌,海底坍塌的後果就是------海嘯
可是你知道全球的石油天然氣鑽井平台有多少嗎?持續多少年了,海底大陸架依舊平穩。
但是就現實來說,可燃冰短期內無法替代石油(從工業方面來說,能源領域可燃冰無疑是優秀的)
1.能源:如今石油作為能源主要應用於交通領域,而且汽車用汽油,卡車用柴油,飛機用的航空煤油成分不一。而天然氣目前只在小汽車上的應用比較成熟,使用天然氣的航空發動機技術不成熟,所以至少短時間應用可能性很小。
2.原料:石油被稱為工業的血液,主要體現在原料這個屬性上。我們的衣食住行所用的一切都離不開石油產品(乙烯,丙烯)或衍生品(合成樹脂,合成橡膠,合成纖維),舉一些例子,吃:食品包裝,一部分調味料,合成食用色素等;穿:各種纖維的衣服,儘管有些純棉衣物,但是用了合成的染色劑;住:一些牆面塗料,壁紙,管道等;行:汽車輪胎等。目前科技發展趨勢來看,石油工業會進一步發展,不會被取代。
推薦閱讀:
※大閘蟹蒸了很久蟹黃沒有凝固,怎麼辦?
※你父母年輕時有過哪些有趣的事?
※如果身體有疾病,十幾二十年後可能成為尿毒症患者,你會選擇戀愛結婚生子嗎?
※網易雲有哪些很耐聽,不會聽幾遍就煩的音樂?
※西鳳6年,是指6年前釀的酒嗎?