可燃冰:人類的福音還是禁果

金 名

可燃冰在世界范圍內分布廣泛，資源量大，這種新型能源一旦得到開采，將使人類的燃料使用史延長幾個世紀。據推算，目前已經發(fā)現的石油儲備量還可用40年，天然氣還可用70年，煤炭還可用190年，可燃冰的發(fā)現，讓陷入能源危機的人類看到新希望。

隨著全球氣候變暖以及常規(guī)的化石能源日益走向枯竭，人類開始積極尋求后石油時代的能源替代物。從目前看，主要有兩個方向，一是以風能、太陽能、潮汐能、生物質能為代表的可再生能源，另外一個方向就是作為低碳能源的可燃冰。

可燃冰，學名天然氣水合物，是20世紀科學考察中發(fā)現的一種新礦產資源。它是水和天然氣在高壓和低溫條件下混合產生的一種固態(tài)物質，外貌極像冰雪或固體酒精，點火即可燃燒，1立方米可燃冰相當于170立方米的天然氣，被譽為21世紀具有商業(yè)開發(fā)前景的戰(zhàn)略資源。

也許可燃冰是大自然給人類最后的天然能源，然而專家提出擔憂，開采可燃冰有可能是大自然給人類的一個陷阱。這是由于開發(fā)可燃冰容易引發(fā)溫室效應、海底滑坡以及破壞海洋生態(tài)平衡等，而在陸地開采可燃冰同樣存在包括破壞環(huán)境等問題。

新一代能源

一般認為，可燃冰的形成有三個基本條件：首先，溫度不能太高，在0-10℃之間為宜，最高限是20℃左右，再高就會分解；第二，壓力要夠，但也不能太大，零度時，30個大氣壓以上它就可能生成；第三，地底要有氣源，在陸地只有那些永久凍土層才具備形成條件和使之保持穩(wěn)定的固態(tài)，而海洋深層300-500米的沉積物中都可能具備這樣的低溫高壓條件。

研究結果表明，海洋可燃冰由海洋板塊活動而成。當海洋板塊下沉時，較古老的海底地殼會下沉到地球內部，海底石油和天然氣便隨板塊的邊緣涌上表面。當接觸到冰冷的海水和在深海壓力下，天然氣與海水產生化學作用，就會形成水合物?？茖W家估計，海底可燃冰分布的范圍約占海洋總面積的10％，相當于4000萬平方公里，是迄今為止海底最具價值的礦產資源，足夠人類使用1000年。

而陸地上的可燃冰都在永久凍土帶，其成礦機理大致是：煤層氣向上溢散，而上面有凍土層的覆蓋，煤層氣和水在高壓、低溫的條件下形成可燃冰，其組分除了甲烷，還有少量乙烷、丙烷等氣體。

可燃冰在世界范圍內分布廣泛，資源量大，據測算，全球甲烷水合物的資源量是常規(guī)天然氣的50倍，這種新型能源一旦得到開采，將使人類的燃料使用史延長幾個世紀。據推算，目前已經發(fā)現的石油儲備量還可用40年，天然氣還可用70年，煤炭還可用190年，可燃冰的發(fā)現，讓陷入能源危機的人類看到新希望。

目前，以美國為首的深海鉆探計劃(DSDP)及其后續(xù)的大洋鉆探計劃(ODP)，相繼在中美洲海溝陸坡、太平洋秘魯海溝陸坡、大西洋布萊克洋脊、墨西哥灣、加利福尼亞北部海域、北海、日本近海、北大西洋的斯瓦爾巴爾特陸坡、尼日利亞近海等地點發(fā)現了天然氣水合物。

“后石油時代”的希望

早在19世紀30年代，可燃冰即進入人類視野。1965年，前蘇聯首次在西西伯利亞永久凍土帶發(fā)現可燃冰礦藏，并引起多國政府關注。美國、俄羅斯、英國、德國、加拿大、日本、印度、韓國、巴西等都從能源儲備戰(zhàn)略角度重視天然氣水合物的調查研究工作。它們將此作為政府行為，投入巨資，相繼開展了本國專屬經濟區(qū)和國際海底區(qū)域內的調查研究和資源評價。美國、日本、加拿大、印度等國已制定了勘探和開發(fā)天然氣水合物的國家計劃。

隨著常規(guī)能源的日益減少和科學技術的發(fā)展，作為一種巨大的能源儲備，可燃冰必將發(fā)揮重要作用，并且誰主導了可燃冰，誰就將主導下代能源。

日本現已基本完成了周邊海域可燃冰的調查與評價，鉆探了7口探井，圈定了12塊礦集區(qū)，并成功取得可燃冰樣本。由于能源匱乏，日本從1992年開始重視海洋可燃冰開發(fā)，1995年投入150億日元制定了5年期的“甲烷水合物研究及開發(fā)推進初步計劃”，計劃于2010年進行試生產。

美國是開展海洋可燃冰調查最早的國家，1991年美國投入800萬美元制定了可燃冰10年研究計劃，1999年又計劃投入2億美元制定“國家甲烷水合物多年研究和開發(fā)項目計劃”，計劃2010年投入試生產，2020年投入商業(yè)生產。

早在2002年，我國已經啟動海域和陸域可燃冰的研究和勘探，迄今已經持續(xù)了整整八年。2007年，地質工作者在南海發(fā)現了可燃冰，儲量約為185億噸油當量。而陸域主要是在永久凍土區(qū)進行相關的調查和勘探。

2008-2009年，由青海煤炭地質105勘探隊和中國地質科學院資源所、勘探所共同合作承擔的《青藏高原凍土帶天然氣水合物調查評價》項目，在青海省祁連山南緣永久凍土帶成功鉆獲天然氣水合物實物樣品，使我國成為世界上第一次在中低緯度凍土區(qū)發(fā)現天然氣水合物的國家，也是繼加拿大1992年在北美麥肯齊三角洲、美國2007年在阿拉斯加北坡通過國家計劃鉆探發(fā)現天然氣水合物之后，在陸域通過鉆探獲得天然氣水合物樣品的第三個國家。

青海能夠成為我國陸域可燃冰的首個“現身地”，國土資源部總工程師張洪濤博士說有幾個原因：首先，青海有著面積廣、厚度深的凍土帶資源，為可燃冰的存在提供了地質條件；其次，因為甲烷是可燃冰的主要成分，因此可燃冰發(fā)現的地方一般都存在油氣資源，而青海木里地區(qū)有著豐富的煤礦資源，為可燃冰的形成提供了可能的油氣來源。

國土資源部總工程師張洪濤表示，在永久凍土區(qū)成功獲取可燃冰，對于我國未來的能源接續(xù)利用格外重要。在凍土區(qū)發(fā)現這一潛在資源，將極大開拓人類尋找新資源的視野，為我國經濟社會可持續(xù)發(fā)展提供新型能源。張洪濤說，可燃冰作為“后石油時代”的重要替代能源，此次發(fā)現的意義可同當年發(fā)現大慶油田相比，是新時代地質工作者劃時代的貢獻。

我國是世界上第三凍土大國，凍土區(qū)總面積達215萬平方公里，具備良好的天然氣水合物賦存條件和資源前景。據科學家初略估算，遠景資源量至少有350億噸油當量，可供中國使用近90年，而青海省的儲量約占其中的1/4。

同時，可燃冰在青海的發(fā)現，會給大興安嶺、青藏高原凍土帶的可燃冰勘查帶來示范意義。青藏高原凍土帶燃氣水合物調查評價項目負責人之一、中國煤炭地質總局青海煤炭地質105隊隊長、總工程師文懷軍指出，可燃冰在青海的發(fā)現，為我國增加了一個重要的新礦種，對我國戰(zhàn)略能源意義重大。

文懷軍說，青海木里煤田含可燃冰的巖層段埋藏淺，只有130-300多米，這為可燃冰開采帶來很大有利條件。并且這里的凍土層較薄，只有80-120米，也為將來

的工程和科研帶來極大便利?！翱扇急拈_發(fā)有望在這里取得突破?！?/p>

中國國家發(fā)展和改革委員會公布了名為《中國石油替代能源發(fā)展概述》的研究報告，報告稱，目前已在中國海域內發(fā)現大量可燃冰儲量，僅南海北部的可燃冰儲量估計相當于中國陸上石油總量的50％左右，在未來10年，中國將投入8億元進行勘探研究，預計2010-2015年進行試開采。

開采：硬幣的兩面

但是，開發(fā)天然氣水合物容易引發(fā)溫室效應、海底滑坡以及破壞海洋生態(tài)平衡等。在沒有解決開發(fā)天然氣水合物對自然界環(huán)境的影響問題之前，天然氣水合物還不能像常規(guī)—次性礦產資源那樣大量開采。

可燃冰的開采方案主要有三種：一是熱解法。利用可燃冰在加溫時分解的特性，使其由固態(tài)分解出甲烷蒸汽。但此方法不好收集。海底的多孔介質不是集中為一片，也不是一大塊巖石，而是較為均勻地遍布著。如何布設管道并高效收集是急于解決的問題。二是降壓法。有科學家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應使其分解。但它們都面臨著和熱解法同樣布設管道并高效收集的問題。三是置換法。研究證實，將二氧化碳液化，注入到1500米以下的洋面，就會生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就會沉入海底。如果將二氧化碳注射入海底的甲烷水合物儲層，因二氧化碳較之甲烷易于形成水合物。因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子“擠走”，從而將其置換出來。

但如果可燃冰在開采中發(fā)生泄露，大量甲烷氣體分解出來，經由海水進入大氣層。甲烷的溫室效應比二氧化碳要大21倍，因此一旦這種泄露得不到控制，全球溫室效應將迅速增大，大氣升溫后，海水溫度也將隨之升高、地層溫度上升，這會造成海底的可燃冰的自動分解，引起惡性循環(huán)。因此，開采必須要受控，使釋放出的甲烷氣體都能被有效收集起來。

可燃冰的物質形態(tài)和儲藏地域都極其特殊，對開發(fā)技術的要求甚高。國土資源部總工程師張洪濤曾表示，從地下開采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，對環(huán)境的影響極大，而青藏高原地區(qū)是生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)2--。至于海底可燃冰的開采，最大的難度在于防止海底壓力驟減后破壞海底環(huán)境并可能引發(fā)海嘯。

迄今為止，還沒有一項技術能使可燃冰大規(guī)模的從海底轉移到陸地上，將其保存。另有一種爭議認為，集中大量地開采可燃冰，可能會造成大陸架動蕩甚至海床塌方。這和泥石流是一樣的道理，泥土里的水在冬天凝結成冰，春天到來時，如果冰融化的速度超過了水蒸發(fā)的速度，土地就會崩塌。

目前已有證據顯示，過去甲烷氣體的大規(guī)模自然釋放，在某種程度上導致了地球氣候急劇變化。8000年前在北歐造成浩劫的大海嘯，也極有可能是由于這種氣體大量釋放所致。

此外，陸緣海邊的可燃冰開采起來十分困難，一旦出了井噴事故，就會造成海嘯、海底滑坡、海水毒化等災害。經調查研究證明，在美國大西洋大陸邊緣發(fā)生的多次滑坡幾乎都與可燃冰礦層的斷裂有關。

可燃冰也許就是上帝或者自然界留給人類的最后一點東西，它究竟會把人類引向何方?這是一個很嚴峻的問題。如果是引向不好的方面，那它就是一個陷阱。

盡管儲量豐富，但可燃冰的商業(yè)應用尚面臨諸多難題?？扇急姆植紱]有規(guī)律，相對不穩(wěn)定，不像油氣田，厚度可達上百米，面積達幾十公里。正是由于可燃冰這種飄忽不定的特性，使得開采難度很大，開發(fā)成本過高，其成本是每立方米200美元的天價。究竟還要多長時間才能投入商業(yè)化的開采?這始終是個問題。

多數科學工作者認為，如果按照科學規(guī)律開采可燃冰。應該不會對環(huán)境造成太大的影響。原因有兩點：首先，隨著科學和技術的進步，人類能夠找到安全、高效的開采方法，最大限度地避免其負面影響；其次，迄今已經進行的試開采，未對環(huán)境造成負面影響，更沒有發(fā)生災害。

作為替代能源的可燃冰何時能夠造福人類?從技術上講，在2015年進行開采是可能的，但是由于開采的經濟性、環(huán)保、世界能源需求等多方面的影響，在今后30年內，可燃冰還不大可能替代傳統(tǒng)能源。

(編輯：曾樂琛)

可燃冰也許就是上帝或者自然界留給人類的最后一點東西，它究竟會把人類引向何方?這是一個很嚴峻的問題。專家提出擔憂，開采可燃冰有可能是大自然給人類的一個陷阱。這是由于開發(fā)可燃冰容易引發(fā)溫室效應、海底滑坡以及破壞海洋生態(tài)平衡等負面效應。